JP2006100221A - 画像表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示装置において、基板間で生じる放電の放電電流の大きさを抑制し、電子源や蛍光面が破壊されることおよび発光特性の劣化を低減する。
【解決手段】この発明の画像表示装置は、蛍光面３１の蛍光体層（３２，３３，３４）を区分する光遮光部３５の主要な部分が、メタルバック層３７から放電が生じたとしても、その放電電流の大きさを抑止可能に所定の抵抗値が与えられるとともに放電を生じさせる要因となる放電電圧に対する耐圧を向上できる凹部３５ｃを有する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、画像表示装置およびその製造方法に係わり、さらに詳しくは、真空容器内に、電子源と、この電子源から放出される電子線の照射により画像を表示する蛍光面と、を備えた画像表示装置およびその製造方法に関する。

陰極線管（ＣＲＴ）に代わる画像表示装置として、電子放出素子（電子源）を平面状、かつマトリクス状に配列し、所定間隔で対向させた平面状の蛍光面（前面基板）に選択的に電子線を照射することにより、蛍光面から任意の色の光を出力させて画像を表示させる画像表示装置が開発されている。この種の画像表示装置は、フィールド・エミッション・ディスプレイと呼ばれている（以下、ＦＥＤと称する）。また、ＦＥＤのうち、電子源として表面伝導型エミッタ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と呼称する）として区分されることもあるが、本願においては、ＳＥＤも含む総称として、ＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤは、上述した電子源側の基板と蛍光面側の基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、周知のＣＲＴと比較して厚さを薄くすることが可能で、ＬＣＤ装置のような平面表示装置と比較しても同等か、それ以下の厚さにできる。従って、軽量化の面でも、期待がされる。

また、ＣＲＴやプラズマディスプレイと同様の自己発光型であるため、表示画像の輝度も、得やすい特徴がある。

前面基板の内面に設けられる蛍光面には、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の蛍光体が、所定の大きさ、かつ所定の順に配列されている。蛍光面の個々の蛍光体には、それぞれの蛍光体に所定の掃引電圧を与えるアノード電極が接続されている。

電子源側の基板には、任意の位置のエミッタと対向される蛍光面を発光させるための、予め特定されたエミッタから所定量の電子を放出させるための走査線および信号線がそれぞれ、マトリックス状に接続されている。

ＦＥＤにおいては、蛍光体から出力される画像光を前面基板の表示面（観測者からみた目視面）側に反射して画像の輝度高めるため、蛍光体上（組み立てた状態で、電子源側の基板と対向される側）に、金属材料の薄層であるメタルバック層が設けられる。

なお、メタルバック層は、電子源すなわちエミッタに対して、アノード（陽極）として機能する。

ところで、ＦＥＤにおいては、その構造上の特徴から、前面基板と電子源側の基板との間に、１０ｋＶ前後の高電圧が印加される。このため、メタルバック層（アノード電極）と電子源（エミッタ）との間で、１００Ａにも達する大きな放電電流の生じる放電（真空アーク放電）が生じやすいことが知られている。このため、メタルバック層を複数に分割し、抵抗部材を介在させた状態で共通電極（アノード電源）と接続することにより、アノードの高電圧を確保する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、メタルバック層に、ジグザグ等のパターンの切り欠きを形成して、蛍光面の実効的なインピーダンスを高める技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。

また、金属膜すなわちメタルバック層の所定の領域に、金属膜を溶解または酸化する液を塗布し、塗布部の金属膜を溶解・除去あるいは高抵抗化することが提案されている（例えば特許文献３参照）。
特開平１０−３２６５８３号公報 特開２０００−３１１６４２号公報 特開２００２−３４３２４１号公報

上記それぞれの特許文献には、アノードとして機能するメタルバック層を任意数に分割することにより、放電の発生を抑制できることが報告されているが、実際には、前面基板と電子源側と基板との間の間隔、アノードに印加される電圧の大きさおよび経時変化等により、放電の発生を完全に抑止することは困難である。また、放電発生時の放電電流の大きさも抑制されつつあるが、画像の表示に影響を与えない程度の大きさの放電電流よりも大きな放電電流が流れることは避けられない問題がある。

このように、放電が生じることにより、電子放出素子（電子源側基板）や蛍光面（前面基板）の一部または全域が損傷を受けたり、放電により、特性が変化して表示画像の品位が低下することを低減することは、現時点では、まだ十分に改善されていない。

また、上記それぞれの特許文献に記載された方法あるいは構造は、必ずしも、量産工程に好適に導入できるとは限らない問題がある。

この発明の目的は、電子源側基板と蛍光面側基板との間で放電が生じた場合においても放電電流の大きさを抑止でき、表示画像の品位の高い画像表示装置およびその製造方法を提供することである。

この発明は、電子線源を保持した第１基板と、前記電子線源から出力された電子線が照射されることで所定の色の光を出力する蛍光体層と、この蛍光体層を色毎に区分する遮光部材と、この遮光部材および前記蛍光体層を覆うとともに前記電子線源からの電子線に対して掃引電圧を与える金属薄層と、を保持し、前記第１基板に所定間隔で対向された第２基板と、前記第１基板および前記第２基板とを所定の真空度に密閉した画像表示装置において、前記第２基板の前記遮光部材は、１０^３〜１０^８［Ω／□］の抵抗が与えられ、前記金属薄層に印加される前記掃引電圧により生じる放電が生じた際の放電電流の大きさを抑止可能な前記蛍光体層の高さと概ね等しい高さの壁面部および壁面部により規定される凹部とを有することを特徴とする画像表示装置を提供するものである。

また、この発明は、電子線源を保持した第１基板と、前記電子線源から出力された電子線が照射されることで所定の色の光を出力する蛍光体層と、この蛍光体層を色毎に区分する遮光部材と、この遮光部材および前記蛍光体層を覆うとともに前記電子線源からの電子線に対して掃引電圧を与える金属薄層と、を保持し、前記第１基板に所定間隔で対向された第２基板と、前記第１基板および前記第２基板とを所定の真空度に密閉した画像表示装置において、前記第２基板の前記遮光部材は、１０^３〜１０^８［Ω／□］の抵抗が与えられ、前記金属薄層に印加される前記掃引電圧により生じる放電が生じる要因となる放電電圧に対する耐電圧を向上することのできる、前記蛍光体層の高さと概ね等しい高さの壁面部と、その壁面部により規定される凹部とを有することを特徴とする画像表示装置を提供するものである。

また、この発明は、基板上に、電子線が衝突されることで予め決められた色の光を放射する複数の蛍光体層を所定形状および配列で設け、個々の蛍光体層の形状および配列に対して、隣接する色の蛍光体層との間で光が洩れることを阻止するとともに、１０^３〜１０^８［Ω／□］の抵抗値が与えられた遮光部材を、蛍光体層の高さと概ね等しい高さに設け、遮光部材の主要な部分に、掃引電圧により生じる放電が生じた際の放電電流の大きさを低減可能な凹部を設け、個々の蛍光体層の全域および光遮光部材の少なくとも一部の領域を多うとともに、個々の蛍光体層の蛍光体粒子を固定する平滑層を設け、少なくとも、平滑層上に各蛍光体層から放射される光を所定方向に出射させる金属薄層を設けることを特徴とする画像表示装置の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、蛍光体層を区分する光遮光部の少なくとも一部は、蛍光体層上に設けられる掃引電圧印加部から放電が生じたとしても、その放電電流の大きさを抑止可能に、所定の抵抗値が与えられるとともに、放電を生じさせる要因となる放電電圧に対する耐圧を向上できる凹部を有する。これにより、基板間で放電が発生した場合であっても放電電流の大きさが抑止され、電子放出素子や蛍光面が損傷し、あるいは特性が劣化することが防止できる。従って、表示画像の画質の低下が軽減される。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２に、この発明の実施の形態が適用されるＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレイ）の構造を示す。

ＦＥＤ１は、電子放出素子（電子源すなわちエミッタ）を有する電子源側基板（第１基板、以下リアパネルと呼称する）２と、リアパネル２に所定の間隔で対向され、エミッタからの電子線が照射されることで蛍光を出力する蛍光面側基板（第２基板、以下フェースプレートと呼称する）３とを有する。

リヤパネル２には、上述した電子放出素子すなわちエミッタが平面状、かつマトリクス状に、複数個配列されている。フェースプレート３には、リアパネル２の個々のエミッタと概ね対応され、加法混色の３原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を出力する蛍光体が、複数区画形成されている。

リアパネル２およびフェースプレート３は、図２に示すように、それぞれ、所定面積が与えられた矩形状の背面（電子源側）ガラス基材２０と前面（蛍光面側）３０とを含み、それぞれの基材２０および３０の主要な部分すなわち表示領域相当部には、電子源（電子放出素子）と蛍光体（発光素子）とが所定数設けられている。

両基板２，３すなわち２枚のガラス基材２０，３０は、１〜２ｍｍのギャップ（間隔）で対向され、両基板２，３の周縁部に設けられた側壁４（図２参照）により、相互に接合されている。すなわち、ＦＥＤ１は、２枚の基板２，３（基材２０，３０）と側壁４とにより密閉構造の外囲器５となる。なお、外囲器５の内部は、例えば１０^−４Ｐａ程度の真空度に維持される。リアパネル２およびフェースプレート３のガラス基材相互間には、外囲器５として組み立てられた状態でそれぞれに作用する大気圧に抗するため、板状あるいは柱状に形成された多数のスペーサ６が配置されている。

フェースプレート３に用いられるガラス基材３０の一方の面、すなわち外囲器５として組み立てた際に内側に面する面には、上述したＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの蛍光体が所定の順に配列された蛍光面３１が設けられている。なお、蛍光面３１には、後段に詳述するが、アノード電極として機能する金属薄膜（メタルバック層）が設けられる。なお、電子源とアノード電極との間に、例えば１０〜１５ｋＶの掃引電圧が印加される。

リアパネル２（第１基板）のガラス基材２０の一方の面、すなわち外囲器５として組み立てた際に内側に面する面には、前に説明した通り、フェイスプレート３の個々の蛍光体層３２のそれぞれに、選択的に電子ビームを放出する複数のエミッタ（電子源）２１が設けられている。

それぞれのエミッタ（電子源）２１は、フェースプレート３に形成された画素すなわち蛍光体層３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）からなる３色の１単位に対応して、例えば８００列×３および６００行に配列されている。エミッタ２１は、図示しない走査線駆動回路および信号線駆動回路と接続されたマトリックス配線等により、駆動される。

蛍光面３１は、図３および図４に示すように、リアパネル２の個々のエミッタから放射される電子が衝突されることでＲ，Ｇ，Ｂの光を放出する３種類の蛍光体が、所定の面積および位置関係で配列された蛍光体層３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）と、それぞれの蛍光体層を区画するとともにマトリックス状に配列された光遮光層（ブラックマスク）３５を含む。

各蛍光体層３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）は、フェースプレート３（ガラス基材３０）の長手方向を第１方向（Ｘ方向）、Ｘ方向（長手方向）と直交する幅方向を第２方向（Ｙ方向）とした場合、例えばＹ方向に延びたストライプ状に形成されている。なお、各蛍光体層Ｒ（３２），Ｇ（３３），Ｂ（３４）は、３色を１単位として配列される。

光遮光層３５は、例えばカーボンとバインダ材の混合物であって、その抵抗値が、例えば１０^３〜１０^８［Ω／□］に設定されている。なお、バインダ材の含有量は、最大で８０％に規定されている。

光遮光層３５は、第１方向Ｘには、蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を単位として、例えば８００ラインに区分可能に、所定のギャップ（間隔）で配列されている。なお、光遮光層３５は、個々の色の蛍光体層相互間すなわちＲとＧとの間、ＧとＢとの間のそれぞれにおいても、所定の幅（間隔）に設けられる。

また、光遮光層３５は、第２方向Ｙに、例えば６００ライン配列されている。換言すると、３色で１組の蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ光遮光層３５の個々のラインより規定される区画の内側すなわち光遮光層３５が存在しない窓部（３５ａ）に、所定の順に配置されている。

光遮光層３５は、図５に示すように、各蛍光体層３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）の境界部を規定するとともに、隣接する蛍光体層で発生される蛍光（出力）が洩れて回り込むことを防止するため、それぞれの蛍光体層３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）の高さ方向に関し、少なくとも蛍光体層と等しい高さに形成される。

なお、光遮光層３５は、壁面部３５ｂにより規定される凹部３５ｃを有するので、以下に説明するメタルバック層（掃引電圧印加部）３７からの電流リークが生じたとしてもその大きさを低減可能である。

光遮光層３５の凹部３５ｃの深さすなわち壁面部３５ｂの高さは、図３におけるＹ方向すなわち３色で１組の画素相互間の間隔が２００μｍで、個々の蛍光体層３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）の厚さ（高さ）が１１μｍである場合に、例えば表１により以下に説明する通り、

である。

すなわち、光遮光層３５の凹部３５ｃ深さ（壁面部３５ｂ高さ）と放電耐圧［ｋＶ］とは概ね比例し、その耐圧に基づいて放電電流の大きさが低減される。表１から、凹部３５ｃ深さは、好ましくは、蛍光体層の厚さ（高さ）の１／２以上である（［表１］の［１］および［２］参照）。

なお、光遮光層３５の壁面部３５ｂおよび凹部３５ｃは、図３に説明したＸ方向およびＹ方向のそれぞれに設けられることが好ましいが、切り欠き状であるからその強度を考慮して、例えばＸ方向（Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの蛍光体層３２，３３，３４を１組とする方向）のみに設けられてもよい。この場合、光遮光層３５の一端は、図示しないが、走査線駆動回路の共通電極と接続されることが好ましい。

蛍光面３１上であって、光遮光層３５により区画された各蛍光体層領域３２（Ｒ），３３（Ｇ），３４（Ｂ）を覆う全面には、図６および図７に示すように、表面に凹凸のある蛍光体層３２，３３，３４を平滑化する平滑層３６を介して、アノード電極として機能するメタルバック層３７が形成されている。

図６は、個々の蛍光体層が色別になる方向（図４における線Ｂ−Ｂに沿った方向（図３のＸ方向））で切断した状態を、図７は、個々の蛍光体層が同色になる方向（図４における線Ｃ−Ｃに沿った方向（図３のＹ方向））を、それぞれ示している。なお、この発明において、メタルバック層という用語を用いているが、この層は、アノードとして機能することが可能であれば、金属（メタル）に限定されるものではなく、種々の材料を使うことが可能である。

平滑層３６は、光遮光層３５の壁面部３５ｂ（壁面部３５ｂが設けられることにより規定される凹部）により、部分的に途切れる。このため、平滑層３６上に積層されるメタルバック層３７も、少なくともＸ方向（図３参照）については、自然に分離される。

平滑層３６は、例えば有機樹脂材料あるいは水ガラス等であり、例えばスプレー法等に蛍光面３１の全面に、上述した凹部を除いて概ね均一な厚さに、形成される。

平滑層３６は、個々の蛍光体層にメタルバック層３７を形成する際に、メタルバック層として利用される金属または所定の導電性を示す材料が真空薄膜プロセス等により蛍光面３１に形成される際に、蛍光体層と接触しない面側の面を鏡面とするために有益である。すなわち、各蛍光体層３２，３３，３４により出力された光をフェースプレート３の目視側に高い効率で反射するためには、メタルバック層３７は、鏡面であることが好ましい。

以上説明したように、メタルバック層３７は、メタルバック層３７に先だって蛍光体層３２，３３，３４上に形成される平滑層３６が各蛍光体層３２，３３，３４を区分する光遮光層３５の壁面部３５ｂにより規定される凹部により、任意数に分離される。従って、メタルバック層３７は、電気的に非連続な複数の金属薄膜の集合体となる。

これにより、メタルバック層３７に所定のアノード電圧が印加された場合に生じることのある、放電が生じにくくなる。また、放電が生じたとしても放電先である光遮光層３５の主要部の厚さが壁面部３５ｂにより規定される凹部３５ｃにより低減されるので、放電電流の大きさが低減される。すなわち、蛍光体層３２，３３，３４を区分する光遮光部３５の少なくとも一部は、蛍光体層上に設けられる掃引電圧印加部すなわちメタルバック層３７から放電が生じたとしても、その放電電流の大きさを抑止可能に、所定の抵抗値が与えられるとともに、放電を生じさせる要因となる放電電圧に対する耐圧を向上できる凹部３５ｃを有する。

従って、フェースプレート（第２基板）３とリアパネル（第１基板）２との間で、万一放電が生じた場合でも、その際の放電電流のピーク値が十分に抑制され、放電によるダメージが低減される。これにより、長期に亘って、表示画像を安定に出力可能な画像表示装置が得られる。

なお、この発明は、前記各実施の形態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種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。

この発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。 図２に示したＦＥＤにおける蛍光面の構成の一例を説明する平面図。 図２に示したＦＥＤの蛍光面の近傍を拡大して示す概略図。 図２および図４を用いて説明した光遮光層の形状の一例を示す概略図。 図４の線Ｂ−Ｂに沿った蛍光面等の断面図。 図４の線Ｃ−Ｃに沿った蛍光面等の断面図。

符号の説明

１…画像表示装置、２…リアパネル（電子源側基板，第１基板）、３…フェースプレート（蛍光面側基板，第２基板）、４…側壁、５…密閉構造（外囲器）、６…スペーサ、２０…（電子源側）ガラス基材、２１…電子放出素子（エミッタ）、３０…（蛍光面側）ガラス基材、３１…蛍光面、３２…蛍光体層（Ｒ）、３３…蛍光体層（Ｇ）、３４…蛍光体層（Ｂ）、３５…光遮光層（ブラックマスク）、３５ａ…光遮光層の窓部、３５ｂ…光遮光層の壁面部、３６…平滑層、３７…メタルバック層（金属薄膜，掃引電圧印加部）。

Claims (11)

1. 電子線源を保持した第１基板と、前記電子線源から出力された電子線が照射されることで所定の色の光を出力する蛍光体層と、この蛍光体層を色毎に区分する遮光部材と、この遮光部材および前記蛍光体層を覆うとともに前記電子線源からの電子線に対して掃引電圧を与える金属薄層と、を保持し、前記第１基板に所定間隔で対向された第２基板と、前記第１基板および前記第２基板とを所定の真空度に密閉した画像表示装置において、
   前記第２基板の前記遮光部材は、１０^３〜１０^８［Ω／□］の抵抗が与えられ、前記金属薄層に印加される前記掃引電圧により生じる放電が生じた際の放電電流の大きさを抑止可能な前記蛍光体層の高さと概ね等しい高さの壁面部および壁面部により規定される凹部とを有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記遮光部材は、走査線駆動回路の共通電極に接続されることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記遮光部材の前記凹部の深さは、前記蛍光体層の厚さ（高さ）の１／２以上に規定されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記電子源が、前記第１基板上に、複数の電子放出素子が配設されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 電子線源を保持した第１基板と、前記電子線源から出力された電子線が照射されることで所定の色の光を出力する蛍光体層と、この蛍光体層を色毎に区分する遮光部材と、この遮光部材および前記蛍光体層を覆うとともに前記電子線源からの電子線に対して掃引電圧を与える金属薄層と、を保持し、前記第１基板に所定間隔で対向された第２基板と、前記第１基板および前記第２基板とを所定の真空度に密閉した画像表示装置において、
   前記第２基板の前記遮光部材は、１０^３〜１０^８［Ω／□］の抵抗が与えられ、前記金属薄層に印加される前記掃引電圧により生じる放電が生じる要因となる放電電圧に対する耐電圧を向上することのできる、前記蛍光体層の高さと概ね等しい高さの壁面部と、その壁面部により規定される凹部とを有することを特徴とする画像表示装置。
6. 前記遮光部材は、走査線駆動回路の共通電極に接続されることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
7. 前記遮光部材の前記凹部の深さは、前記蛍光体層の厚さ（高さ）の１／２以上に規定されることを特徴とする請求項５または６に記載の画像表示装置。
8. 前記電子源が、前記第１基板上に、複数の電子放出素子が配設されたものであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 基板上に、電子線が衝突されることで予め決められた色の光を放射する複数の蛍光体層を所定形状および配列で設け、
   個々の蛍光体層の形状および配列に対して、隣接する色の蛍光体層との間で光が洩れることを阻止するとともに、１０^３〜１０^８［Ω／□］の抵抗値が与えられた遮光部材を、蛍光体層の高さと概ね等しい高さに設け、
   遮光部材の主要な部分に、掃引電圧により生じる放電が生じた際の放電電流の大きさを低減可能な凹部を設け、
   個々の蛍光体層の全域および光遮光部材の少なくとも一部の領域を多うとともに、個々の蛍光体層の蛍光体粒子を固定する平滑層を設け、
   少なくとも、平滑層上に各蛍光体層から放射される光を所定方向に出射させる金属薄層を設ける
   ことを特徴とする画像表示装置の製造方法。
10. 遮光部材は、走査線駆動回路の共通電極に接続されることを特徴とする請求項９記載の画像表示装置の製造方法。
11. 遮光部材の凹部の深さは、蛍光体層の厚さ（高さ）の１／２以上に規定されることを特徴とする請求項９または１０に記載の画像表示装置の製造方法。

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