JP2006100041A

JP2006100041A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2006100041A
Application number: JP2004282543A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Koyaizu; 剛小柳津
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】蛍光面の輝度を向上しえる画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】蛍光体層１７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が配置された背面基板と、を備えた画像表示装置であり、前記蛍光面の蛍光体層１７は、２種類の材質からなる第１・第２の蛍光体粒子３６，３７を備えていることを特徴とする画像表示装置。
【選択図】図３

Description

この発明は、画像表示装置に係り、特に、蛍光面における輝度の改善を図った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に形成された構成のものが知られている。
特開２００２−３４３２４１号公報

ところで、従来の画像表示装置において、蛍光体層の配置は、模式的に例えば図５に示すような構成になっている。即ち、蛍光体層１は、多数の電子線,紫外線励起発光体粒子（可視光発光蛍光体粒子）２を有している。こうした蛍光体層１では、背面基板の内面に形成された電子放出素子から放出された電子線３が照射された可視光蛍光体粒子２のみが発光する。なお、図中の符番４は前面基板を示す。

しかし、上記画像表示装置特にＳＥＤにおいては、電子放出素子からの電子線３は蛍光体層１の可視光蛍光体粒子２に対して図６に示すような形状のスポット５に照射され、そのときの電子線プロファイルは図７に示すようにシャープになる。従って、蛍光体層１における発光面積が小さいとともに、電流が飽和することにより輝度が小さくなるという問題があった。

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、蛍光体層を構成する蛍光体粒子を改善することにより蛍光面の輝度を向上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、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、を備えた画像表示装置であり、前記蛍光面の蛍光体層は、２種類の材質の第１・第２の蛍光体粒子を含むことを特徴とする。

この発明に係る画像表示装置によれば、蛍光面の蛍光体層を２種類の材質からなる蛍光体粒子を備えた構成にすることにより、シャープな電子線プロファイルが紫外光に変換されることにより拡散し、もって蛍光体層における発光面積を大きくすることができるとともに、電流飽和を抑制することにより蛍光面の輝度を向上することができる。

この発明によれば、蛍光面の輝度を向上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１４を構成している。

真空外囲器１４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１５を備えている。このスペーサ１５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１６が形成されている。この蛍光面１６は、前面基板１１上に形成された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）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。前記蛍光体層１７上には、アノード電極として機能する格子状のメタルバック層１９が樹脂フィルム層（図示せず）を介して形成されている。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格子状に形成されている。

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１６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１４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１６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１６へ衝突させる。これにより、蛍光面１６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、前記ＦＥＤの蛍光体層の部分について説明する。蛍光体層１７は、例えば図３に示すように、前面基板１１の内面側に形成された内層３１と、この内層３１に積層された外層３２とを備えている。前記内層３１は、電子線３３を可視光３４に、かつ紫外光３５を可視光３４に変える第２の蛍光体粒子３６から構成されている。前記外層３２は、電子線３３を紫外光３５に変える,第２の蛍光体粒子とは材質の異なる第１の蛍光体粒子３７から構成されている。かかる構成の場合、内層３１の第２の蛍光体粒子３６は、外層３２を通過した電子線３３と外層３２の第２の蛍光体粒子３７からの紫外光３５で励起されて発光するので、シャープな電子線プロファイルが紫外線３５により変換されることにより拡散するので、蛍光面の輝度をよりいっそう向上することができる。

本発明において、蛍光体層を構成する前記内層及び外層は図３に示すような構成に限らない。例えば、図４に示すように、材質の異なる２種類の蛍光体粒子３６,３７が混在していてもよい。この場合、蛍光体層は、２種類の蛍光体粒子３６,３７が混在した所定の蛍光体液をスラリー法等で1回塗布した後、乾燥、フォトリソ法によるパターニングにより形成することができる。

本発明において、第１の蛍光体粒子により電子線が励起されて紫外光が生じ、かつ前記第２の蛍光体粒子により電子線が励起されて可視光が生じるとともに第１の蛍光体粒子から生じた紫外光が励起されて可視光が生じ、電子放出素子からの電子線に基づく可視光領域を広げることが好ましい。また、電子線や第１の蛍光体粒子からの紫外光を散乱させる機能を有することが好ましい。これにより、従来と比べ、蛍光体層における発光面積を大きくすることができるとともに、電流飽和を抑制することにより蛍光面の輝度を向上することができる。

本発明において、前記第１・第２の蛍光体粒子の粒径は互いに同じであっても異なっていてもよく、第１の蛍光体粒子同士あるいは第２の蛍光体粒子同士の粒径も互いに同じであっても異なっていてもよい。前記第１の蛍光体粒子の材質としては例えばＹＡｌＯ_３：Ｃｅ、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｃｅが挙げられ、第２の蛍光体粒子としては例えばＺｎＳ：Ａｇ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕが挙げられる。

（実施形態１）
次に、上述したような構成のＦＥＤ、特に蛍光体層部分について図３を参照して具体的に説明する。なお、他の構成部分は従来のＦＥＤと同様である。
前面基板１１の内面側に位置する内層（第１層）３１は、材質がＺｎＳ：ＡｇＡｌ、粒径が５ミクロンの複数の第２の蛍光体粒子３６を積層して構成される。ここで、第２の蛍光体粒子３６は、電子線３３を可視光３４に、かつ紫外光３５を可視光３４に変える機能を有する。即ち、第２の蛍光体粒子３６は、電子線,紫外線励起発光体粒子（可視光発光蛍光体粒子）である。

また、前記内層３１に積層された外層（第２層）３２は、材質がＣａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｃｅ、粒径が１．５ミクロンの複数のからなる第１の蛍光体粒子３７により構成される。ここで、第１の蛍光体粒子３７は、電子線３３を紫外光３５に変える機能を有する。

図３の構成の蛍光体層は、例えば、第２の蛍光体粒子３６を含む蛍光体液をスラリー法等で塗布し、更に第１の蛍光体粒子３７を含む蛍光体液をスラリー法等で塗布した後、乾燥し、フォトリソ法によりパターニングすることにより形成することができる。

上記実施形態１によれば、電子線３３を可視光３４に、かつ紫外光３５を可視光３４に変える機能を有する第２の蛍光体粒子３６からなる内層３１、及び電子線３３を紫外光３５に変える機能を有する第１の蛍光体粒子３７からなる外層３２より蛍光体層１７を構成しているので、外層３２の第１の蛍光体粒子３７にて背面基板１２に設けた電子放出素子２０からの電子線３３を受けて紫外線３５を発光し、内層３１の第２の蛍光体粒子３６にて外層３２を通過した電子線３３と外層３２からの紫外線３５で励起されて発光する。従って、図７に示すようにシャープな電子線プロファイルが紫外線３５により変換されることにより拡散するので、従来と比べて、蛍光体層１７の発光面積を向上できるとともに、電流飽和を抑制できる、蛍光面の輝度を向上することができる。図８は、従来及び本実施形態１（本発明）に係るＦＥＤによる電流密度と輝度との関係を示す特性図である。図８より、本発明が従来と比べ輝度が優れていることが明らかである。

（実施形態２）
次に、上述したような構成のＦＥＤ、特に蛍光体層部分について図４を参照して具体的に説明する。なお、他の構成部分は従来のＦＥＤと同様である。
実施形態２におけるＦＥＤは、第１の蛍光体粒子３７と第２の蛍光体粒子３６が混在して蛍光体層１７を構成していることを特徴とする。

実施形態２においても、第１の蛍光体粒子３７により電子線３３が紫外光３５に変えられ、また第２の蛍光体粒子３６により電子線３３を可視光３４に、かつ紫外光３５を可視光３４に変えられるので、実施形態１と同様に、蛍光面の輝度を向上することができる。

なお、上記実施形態１では、第２の蛍光体粒子による内層が前面基板側に形成された蛍光体層、第１の蛍光体粒子による外層が内層に積層されて形成されている場合について、また実施形態２では、第１・第２の蛍光体粒子が混在した蛍光体層の場合について述べたが、これに限らない。例えば、図示しないが、第２の蛍光体粒子から形成される第１層間に第１の蛍光体粒子から形成される第２層が挟まれるような構成の蛍光体層、あるいは蛍光体層の厚みにも影響されるが、図３における第１層と第２層とが反転した蛍光体層が挙げられ、要は蛍光体層の発光面積が向上するような構成であればよい。

上述した発明は、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の蛍光体層部分の機能を示すための模式的な説明図である。図４は、図３とは異なるＦＥＤの蛍光体層部分の機能を示すための模式的な説明図である。図５は、従来のＦＥＤによる蛍光体層部分の機能を示すための模式的な説明図である。図６は、この発明の実施の形態に係るＦＥＤの電子放出素子からの電子線による蛍光体層に対する照射の様子を示す説明図である。図７は、図６に示すように照射された場合の電子線プロファイルを示す説明図である。図８は、従来及び本発明のＦＥＤによる電流密度と輝度との関係を示す特性図である。

符号の説明

１１…前面基板、１２…背面基板、１６…蛍光面、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…内層、３２…外層、３３…電子線、３４…可視光、３５…紫外光、３６…第２の蛍光体粒子、３７…第１の蛍光体粒子。

Claims

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、を備えた画像表示装置であり、
前記蛍光面の蛍光体層は、２種類の材質の第１・第２の蛍光体粒子を含むことを特徴とする画像表示装置。
２種類の材質からなる第１・第２の蛍光体粒子は、電子線を紫外光に変える第１の蛍光体粒子と、電子線を可視光に、紫外光を可視光に変える第２の蛍光体粒子であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記第１の蛍光体粒子と前記第２の蛍光体粒子が混在していることを特徴とする請求項１もしくは請求項２いずれか記載の画像表示装置。
第２の蛍光体粒子からなる内層が前面基板の内面側に形成され、第１の蛍光体粒子からなる外層が前記内層に積層されていることを特徴とする請求項1もしくは請求項２いずれか記載の画像表示装置。
前記第１の蛍光体粒子により電子線が励起されて紫外光が生じ、かつ前記第２の蛍光体粒子により電子線が励起されて可視光が生じるとともに第１の蛍光体粒子から生じた紫外光が励起されて可視光が生じ、電子放出素子からの電子線に基づく可視光領域を広げることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の画像表示装置。
電子線や第１の蛍光体粒子からの紫外光を散乱させる機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか記載の画像表示装置。