JP2006100224A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板が外部からの衝撃に強く壊れにくい画像表示装置を提供する。
【解決手段】多数の電子放出素子が配列された矩形の背面基板1と、背面基板に対向配置され、電子放出素子から放出される電子が衝突する蛍光面を有する矩形の前面基板2と、前面基板の周縁部および背面基板の周縁部に封着され、両基板とともに真空外囲器４を形成する側壁３と、真空外囲器を構成する前面基板と背面基板との相互間隔を一定に保持するために、両基板間に二次元平面視野において所定のピッチ間隔Pに配置された複数のスペーサ10とを備え、大気圧の作用により真空外囲器を構成する両基板のそれぞれの表面に生じる引張応力が分散されるようにスペーサ10のピッチ間隔が設定されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、背面基板側の電子放出素子から前面基板側の蛍光面に電子を照射して画像を表示する平面型画像表示装置に関する。

近時、次世代の画像表示装置として、多数の電子放出素子を並べて、蛍光面と対向配置させた平面型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放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、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。ＦＥＤのうち表面伝導型電子放出素子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と称する）とも呼ばれているが、本明細書中においてはＳＥＤも包含する総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤは、特許文献１に記載されているように、解像度や支持部材の特性などの観点から前面側のガラス基板と背面側のガラス基板との間隙を１〜２ｍｍと狭くしている。ＦＥＤにおいては、図５に示すように、前面基板２と背面基板１とを向き合わせて周縁を封着して真空外囲器４を形成し、この真空外囲器４の内部を１０^-4Ｐａ超える高真空に維持するため、両基板１，２間に複数のスペーサ１０を設けて補強するようにしている。
特開平１０−３２６５８３号公報

しかし、真空外囲器４が大気圧を受けると、図６に仮想線で示すように薄いガラス基板１，２がそれぞれ内側に撓み、図７中に矢印で示すように基板１，２の内部に曲げの引張応力と圧縮応力がそれぞれ発生する。すなわち、スペーサ１０で補強された基板の外面１ａ，２ａとスペーサ１０で補強されていない基板の内面１ｃ，２ｃとに引張応力が発生し、これらの部位の反対面にはそれぞれ圧縮応力が発生する。このうちスペーサ１０で補強されていない基板の内面１ｃ，２ｃに生じる引張応力は、ガラス基板１，２の見掛け上の強度を低下させるため、異物３０が衝突したときの衝撃力によってガラス基板１，２の内面に割れ１３を生じるおそれがある。

国際電気協会（ＩＥＣ）の安全基準や国内法の電気用品安全法では電気製品が外部から衝撃力を受けたときに割れたり傷付いたりしない一定の基準を定めている。例えば、電気用品安全法においては樹脂コーティングした鉄球を０．５Ｊのエネルギで製品に衝突させる衝撃試験を行い、製品が損傷しないことを合格の判定基準としている。ＦＥＤにおいてもこの基準をクリアする必要がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、外部からの衝撃に強く壊れにくい画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像表示装置は、多数の電子放出素子が配列された矩形の背面基板と、前記背面基板に対向配置され、前記電子放出素子から放出される電子が衝突する蛍光面を有する矩形の前面基板と、前記前面基板の周縁部および前記背面基板の周縁部に封着され、両基板とともに真空外囲器を形成する側壁と、前記真空外囲器を構成する前面基板と背面基板との相互間隔を一定に保持するために、両基板間に二次元平面視野において所定のピッチ間隔に配置された複数のスペーサと、を具備し、大気圧の作用により前記真空外囲器を構成する両基板のそれぞれの表面に生じる引張応力が分散されるように、前記スペーサのピッチ間隔が設定されていることを特徴とする。

各スペーサは矩形基板の長辺と平行な方向に延び出し、ピッチ間隔が基板の厚みに応じて設定されている。この場合に基板の厚みが１．２ｍｍ以上２．８ｍｍ以下のときは、スペーサのピッチ間隔を１０ｍｍ以上２４ｍｍ以下に設定することが好ましい。図４に示すように、基板の厚みが薄くなるに従って大気圧の作用による基板の撓みが大きくなり、基板表面に生じる引張応力が増大するので、衝撃による破壊を防ぐためにはスペーサのピッチ間隔を小さくしなければならない。３６インチ型画面では経験的に基板の厚みが２．８ｍｍのときはスペーサのピッチ間隔を２４ｍｍにすると、真空外囲器の剛性が高まり、電気用品安全法で規定された衝撃試験の基準を満たすことが確認されている。また、基板の厚みを１．２ｍｍに薄くしたときはスペーサのピッチ間隔を１０ｍｍまで狭めると、電気用品安全法で規定された衝撃試験の基準を満たすことが確認されている。なお、スペーサの幅は真空外囲器を構成する両基板の間隙（例えば１．６±０．０１ｍｍ）に対応している。また、スペーサの厚みは、特に限定されるものではないが、２００±２μｍ（０．２±０．００２ｍｍ）程度とすることが一般的である。

本発明によれば、真空外囲器を構成する両基板のそれぞれの表面に生じる引張応力が分散されるようにスペーサのピッチ間隔を設定しているので、スペーサを設けていないガラス基板の中央内面における引張りの局部応力集中が緩和される。これにより電気用品安全法の基準を満たし、ガラス基板が衝撃力を受けた場合に割れるおそれがなくなり、安全に取り扱うことができる画像表示装置が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。

先ず図１および図２を参照して本実施形態に共通のＦＥＤの構造を説明する。ＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラスからなる前面基板２と背面基板１を有し、両基板１，２はおよそ１．６ｍｍの間隔をおいて対向配置されている。これら前面基板２と背面基板１は、矩形枠状の側壁３を介して周縁部同士が接合させ、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４を構成している。

前面基板２の内面には蛍光面６が形成されている。この蛍光面６は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に発光する蛍光体層６ａとマトリックス状の遮光層とで構成されている。蛍光面６上には、アノード電極として機能するとともに蛍光体層６ａの光を反射する光反射膜として機能するメタルバック層７が形成されている。表示動作時、メタルバック層７には図示しない回路により所定のアノード電圧が印加されるようになっている。

背面基板１の内面上には、蛍光体層６ａを励起するための電子ビームを放出する多数の電子放出素子８が設けられている。これらの電子放出素子８は、画素ごとに対応して複数列および複数行に配列されている。電子放出素子８マトリックス状に配設された図示しない配線により駆動されるようになっている。蛍光面６にはメタルバック層７を介してアノード電圧が印加され、電子放出素子８から放出された電子ビームはアノード電圧により加速されて蛍光面６に衝突する。これにより対応する蛍光体層６ａが発光し、画像が表示される。

背面基板１と前面基板２との間には、これら両基板１，２が大気圧に耐えられるようにするために、補強として板状または柱状のガラスからなる複数本のスペーサ１０が挿入されている。

図３に示すように、スペーサ１０は、矩形基板１，２の長辺と平行に、かつ等ピッチ間隔Ｐに並ぶように配置されている。スペーサ１０のピッチ間隔Ｐは、両基板１，２のサイズ（広さと板厚）に応じて電気用品安全法の基準を満たすようにモジュール実証試験によって経験的に把握されるものである。ちなみに、３６インチ画面において、基板１，２の板厚を２．８ｍｍ、スペーサ１０の幅を１．６±０．０１ｍｍ、スペーサ１０の厚みを０．２±０．００２ｍｍとした場合に、スペーサ１０のピッチ間隔Ｐは２４ｍｍとしている。なお、スペーサ１０の長さは真空外囲器を構成する側壁３の短辺側内のりまでの長さにほぼ対応する。

図４は、横軸にガラス基板の厚みｔ１（ｍｍ）をとり、縦軸にスペーサ間隔Ｐ（ｍｍ）をとって、電気用品安全法に規定された衝撃試験に準じてモジュール実証試験を行い、３６インチ型ＦＥＤにおけるガラス基板の厚みとスペーサ間隔との関係について調べた結果を示す特性線図である。ガラス基板として型抜き後に特別な処理をしない状態の無色透明のソーダ石灰ガラス（旭ガラス社製ＰＤ２００；強度５０００〜１００００Ｐａ（５〜１０ｋｇ／ｍｍ²））を用い、真空外囲器４の内圧を１０^-4Ｐａ、衝撃エネルギを電気用品安全法で定める０．５Ｊとする条件で試験を行った。図中の特性線Ａは上記試験の合否判定ラインであり、斜線が合格を示す領域である。例えば、図中にプロットしたように、３６インチサイズの矩形基板の板厚を２．８ｍｍ、スペーサのピッチ間隔Ｐを２４ｍｍ、スペーサの幅を１．６±０．０１ｍｍ、スペーサの厚みを０．２±０．００２ｍｍとした条件は合格であった。また、３６インチサイズの矩形基板の板厚を１．２ｍｍ、スペーサのピッチ間隔Ｐを１０ｍｍ、スペーサの幅を１．６±０．０１ｍｍ、スペーサの厚みを０．２±０．００２ｍｍとした条件も合格であった。これらの条件を満たすＦＥＤ真空外囲器では、スペーサ１０で補強されていない基板の内面１ｃ，２ｃに発生する引張応力が適度に分散されるため、電気用品安全法の基準を十分に満たした。なお、合否判定ラインＡを超える上方領域ではガラス基板表面の引張応力が過大になり、電気用品安全法の基準を満たさなかった。

なお、上記の実施形態ではソーダ石灰ガラス（普通板ガラス）を用いた場合について説明したが、普通板ガラス強度の２〜３倍程度の強度を有する物理強化ガラスまたは化学強化ガラスを用いる場合にも本発明を適用することができる。

画像表示装置（ＦＥＤ）の概要を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図。 画像表示装置を示す平面図。 画像表示装置のガラス基板の厚みとスペーサ間隔との関係を示す特性線図。 画像表示装置の概要を示す分解斜視図。 画像表示装置の一部を拡大して示す断面図。 従来装置のガラス基板に生じる応力分布を模式的に示す図。

符号の説明

１…背面基板、２…前面基板、
３…側壁、４…真空外囲器、
６…蛍光面、
８…電子放出素子、
１０…スペーサ、
１１…真空スペース。

Claims (3)

1. 多数の電子放出素子が配列された矩形の背面基板と、
   前記背面基板に対向配置され、前記電子放出素子から放出される電子が衝突する蛍光面を有する矩形の前面基板と、
   前記前面基板の周縁部および前記背面基板の周縁部に封着され、両基板とともに真空外囲器を形成する側壁と、
   前記真空外囲器を構成する前面基板と背面基板との相互間隔を一定に保持するために、両基板間に二次元平面視野において所定のピッチ間隔に配置された複数のスペーサと、を具備し、
   大気圧の作用により前記真空外囲器を構成する両基板のそれぞれの表面に生じる引張応力が分散されるように、前記スペーサのピッチ間隔が設定されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記スペーサは矩形基板の長辺と平行な方向に延び出し、ピッチ間隔が前記基板の厚みに応じて設定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。
3. 前記基板の厚みが１．２ｍｍ以上２．８ｍｍ以下であり、前記スペーサのピッチ間隔が１０ｍｍ以上２４ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の画像表示装置。

Images