JP2007048467A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、良質な画像を形成でき、歩留まりを高めることができ、信頼性を高めることができる表示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ＳＥＤは、多数の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを有する前面基板、多数の蛍光体層に対応した多数の電子放出素子を有する背面基板、基板の周縁部同士を封着する側壁、および基板間に当接して大気圧加重を支える複数本の柱状スペーサを有する。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、前面基板の長辺方向に沿って波形パターンで配列された画素列２０を基板の短辺方向に離間させて複数列並べて配列されている。そして、隣接する画素列２０の蛍光体層が互いに離れる広くされた領域にスペーサの当接位置Ｔが設定される。
【選択図】図４

Description

この発明は、背面基板に設けた電子放出源から電子を放出させて前面基板に設けた蛍光体画素を励起発光させることによりカラー画像を表示する表示装置に関する。

近年、偏平な平面パネル構造の真空外囲器を有する表示装置として、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等が知られている。また、ＦＥＤの一種として、表面伝導型の電子放出素子を備えた表示装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。

ＳＥＤは、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有する。これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部を互いに接合され、内部を真空にされて偏平な平面パネル構造の真空外囲器を構成している。

前面基板の内面には多数組みの３色の蛍光体画素が形成され、背面基板の内面には、蛍光体画素を励起発光させる電子放出源として、画素毎に対応する多数の電子放出素子が整列配置されている。また、背面基板の内面上には、電子放出素子を駆動するための多数本の配線がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器の外部に引き出されている。

前面基板と背面基板の間には板状のグリッドが配設されている。このグリッドには、電子放出素子に対して整列した位置関係で多数のビーム通過孔が形成されているとともに、電子放出素子および蛍光体画素から外れた位置で前面基板および背面基板の内面に当接することで基板間の隙間を維持するための複数の柱状のスペーサが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

このＳＥＤを動作させる場合、基板間に１０［ｋＶ］程度の高電圧を与え、配線に接続した駆動回路を介して各電子放出素子に選択的に駆動電圧を印加する。これにより、各電子放出素子から選択的に電子ビームが放出され、これら電子ビームが、グリッドの対応するビーム通過孔を通って対応する蛍光体画素に照射され、蛍光体画素が励起発光されてカラー画像が表示されるようになっている。

このようなＳＥＤにおいて、画像の高精細化が進むと、同じパネルサイズにより多くの蛍光体画素（電子放出素子）を配置しなければならず、柱状スペーサを当接させることのできる領域が狭くなる。画像の高精細化の要求は高まる一方であり、柱状スペーサの当接可能領域は狭くなる一方である。

柱状スペーサの当接可能領域が狭くなると、柱状スペーサは必然的に細くなり、スペーサ強度が低下し、大気圧加重を支えられなくなりパネルの信頼性が低下する。このため、前面基板および背面基板に作用する大気圧加重を支えることのできるより多くの柱状スペーサを配置する必要性が生じる。このように細い柱状スペーサをより多く製造するにはより高度な製造技術が必要であり、ＳＥＤの製造が困難になり、製造コストが増大するとともに、歩留まりが低下する問題が生じる。

また、柱状スペーサの当接可能領域が狭くなると、柱状スペーサをグリッドに取り付ける際の位置合わせ精度を高める必要がある。つまり、柱状スペーサの基板に対する当接位置のズレを許容するマージンが狭くなり、より高い位置決め精度が要求され、スペーサグリッドの製造コストが増大する問題が生じる。

さらに、柱状スペーサの当接可能領域が狭くなると、電子放出素子から蛍光体画素に照射される電子ビームの軌道と柱状スペーサとの間の距離が近くなり、柱状スペーサ表面の帯電等の要因によりビーム軌道に悪影響を及ぼす問題が生じる。電子ビームの軌道にズレを生じると、ビームの蛍光体画素に対するランディング位置にズレを生じ、色ずれ等の画像不良となってしまう。
特開２００３−３１２８１８号公報

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、良質な画像を形成でき、歩留まりを高めることができ、信頼性を高めることができる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、この発明の表示装置は、多数の蛍光体画素を有する第１基板と、この第１基板に対向し、上記多数の蛍光体画素に対応した多数の電子放出源を有する第２基板と、上記多数の蛍光体画素および多数の電子放出源から外れた位置で上記第１および第２基板間に当接して配置され、上記第１および第２基板に作用する大気圧加重を支える複数本の柱状スペーサと、を有し、上記多数の蛍光体画素のうち少なくとも上記柱状スペーサの当接位置に近接した蛍光体画素が当該柱状スペーサから離間する方向にシフトされて形成されていることを特徴とする。

上記発明によると、柱状スペーサに近接したいくつかの蛍光体画素が当該柱状スペーサから離れる方向にシフトされているため、画素数を減らすことなく、柱状スペーサの第１基板に対する当接領域を十分な大きさで確保でき、柱状スペーサを太くでき、スペーサの製造および取り付けを容易にでき、歩留まりを高めることができるとともに、信頼性を高めることができる。また、当該柱状スペーサに近接した蛍光体画素に照射される電子ビームの軌道も当該柱状スペーサから離間するため、柱状スペーサの帯電等の要因によりビーム軌道にズレを生じることを抑制でき、色ずれ等の画像不良をも防止できる。

また、この発明の表示装置は、多数の蛍光体画素を有する第１基板と、この第１基板に対向し、上記多数の蛍光体画素に対応した多数の電子放出源を有する第２基板と、上記多数の蛍光体画素および多数の電子放出源から外れた位置で上記第１および第２基板間に当接して配置され、上記第１および第２基板に作用する大気圧加重を支える複数本の柱状スペーサと、を有し、上記多数の電子放出源のうち少なくとも上記柱状スペーサの当接位置に近接した電子放出源が当該柱状スペーサから離間する方向にシフトされて形成されていることを特徴とする。

この発明の表示装置は、上記のような構成および作用を有しているので、良質な画像を形成でき、歩留まりを高めることができ、信頼性を高めることができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
始めに、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態に係る表示装置の一例として、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）１について説明する。図１は、前面基板２を部分的に切り欠いた状態のＳＥＤ１の真空外囲器１０を示す斜視図であり、図２は、図１の真空外囲器１０を線II-IIの位置で切断した断面図であり、図３は、図２の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。

図１乃至図３に示すように、ＳＥＤ１は、それぞれ矩形のガラス板からなる前面基板２（第１基板）および背面基板４（第２基板）を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間を介して互いに平行に対向配置されている。なお、背面基板４は、前面基板２より１回り大きいサイズを有する。また、前面基板２および背面基板４は、ガラスからなる矩形枠状の側壁６を介して周縁部同士が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造の真空外囲器１０を構成している。

前面基板２の内面には画像表示面として機能する蛍光体スクリーン１２が形成されている。この蛍光体スクリーン１２は、赤、青、緑の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ（蛍光体画素）、および遮光層１１を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン１２上には、アルミニウム薄膜等からなるメタルバック１４が形成されている。

背面基板４の内面には、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起発光させるための電子を放出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１６が設けられている。これらの電子放出素子１６は、画素毎、すなわち蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ毎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１６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、背面基板４の内面上には、各電子放出素子１６に駆動電圧を与えるための多数本の配線１８がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引き出されている。

接合部材として機能する側壁６は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材１９により、前面基板２の周縁部および背面基板４の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。本実施の形態では、背面基板４と側壁６をフリットガラス１９ａを用いて接合し、前面基板２と側壁６をインジウム１９ｂを用いて接合した。もし、配線１８のある背面基板４と側壁６を低融点金属で封着する場合は、配線１８と封着材１９の電気ショートを避けるため、中間層として絶縁層を設ける必要がある。

また、ＳＥＤ１は、前面基板２と背面基板４の間に、複数本の円柱状のスペーサ８（柱状スペーサ）を備えている。各スペーサ８は、上述したメタルバック１４、および蛍光体スクリーン１２の遮光層１１を介して前面基板２の内面に当接する上端８ａ、および背面基板４の内面上に設けられた配線１８上に当接する下端８ｂを有し、前面基板２および背面基板４の外側から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するように機能する。つまり、各スペーサ８は、多数の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂから外れた位置（当接位置）でその上端８ａを前面基板２に当接せしめ、多数の電子放出素子１６から外れた位置（当接位置）でその下端８ｂを背面基板４に当接せしめる。

さらに、ＳＥＤ１は、前面基板２のメタルバック１４と背面基板４との間にアノード電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。電圧供給部は、例えば、背面基板４の電位を０Ｖに設定し、メタルバック１４の電位を１０ｋＶ程度にするよう、両者の間にアノード電圧を印加する。

そして、上記ＳＥＤ１において、画像を表示する場合、配線１８に接続した図示しない駆動回路を介して電子放出素子１６の素子電極間に電圧を与え、任意の電子放出素子１６の電子放出部から電子ビームを放出するとともに、メタルバック１４にアノード電圧を印加する。電子放出部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、蛍光体スクリーン１２に衝突する。これにより、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

また、上記構造のＳＥＤ１を製造する場合、予め、蛍光体スクリーン１２およびメタルバック１４の設けられた前面基板２を用意し、電子放出素子１６および配線１８が設けられているとともに側壁６およびスペーサ８が接合された背面基板４を用意しておく。そして、前面基板２、および背面基板４を図示しない真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁６を介して前面基板２を背面基板４に接合する。これにより、複数本のスペーサ８を備えたＳＥＤ１が製造される。

以下、この発明の実施の形態に係る蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの配列構造について、図４を参照して説明する。なお、比較のため、図５には蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの通常の配列パターンを示してある。また、図４、図５ともに、説明を分かりやすくするため、遮光層１１の図示を省略してある。

図４に示すように、本実施の形態によると、前面基板２に形成した蛍光体スクリーン１２の多数の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、複数列の波形のパターンで配列されている。

通常、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、図５に示すように、前面基板２の長辺方向（図中Ｘ方向）（第１の方向）に沿って規則的（図中左側からＲ→Ｇ→Ｂの順番）に一直線に並べられて真っ直ぐな画素列２０を形成し、複数の画素列２０を前面基板２の短辺方向（図中Ｙ方向）（第２の方向）に一定距離ずつ離間させて並べて整列配置される。そして、隣接する２つの画素列２０の間の細長い帯状の領域（当接可能領域）に設定された当接位置Ｔにスペーサ８の上端８ａが当接される。

これに対し、本実施の形態の波形パターン（図４）によると、規則的に並べられた各画素列２０の複数の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂのうち少なくともスペーサ８の当接位置Ｔに近接したいくつかの蛍光体層が図中Ｙ方向に沿ってスペーサ８から離れる方向にシフトされて形成されている。具体的には、当該蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの波形パターンは、隣接する画素列２０同士が略線対称となる一定の振幅および周期の波形状に形成され、図中Ｙ方向に関して隣接する画素列２０の各蛍光体画素が互いに近づいたり離れたりを繰り返す形状を有する。当然、画素列２０が離れた領域が当接可能領域となりここにスペーサ８が当接される。なお、スペーサ８が当接されていない領域も同じパターンで波形に蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが配列されており、前面基板２の略全面に亘って均一な配列パターンに形成されている。このように、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの配列パターンのムラを無くすことにより、表示ムラを防止できる。

このように、スペーサ８の当接位置Ｔを確保するため隣接する画素列２０の間隔を部分的（周期的）に広げると、必然的に隣接する画素列２０同士が近づく部位が発生する。つまり、隣接する画素列２０のＹ方向に沿ったピッチを変えない場合、画素列２０同士が近づく部分が発生する。言い換えると、画素列２０のＹ方向に沿ったピッチを変更しない場合、画素列２０が近づいたときの距離は、図５の通常パターンと比較して極めて近くなる。しかし、Ｙ方向に隣接する各画素列２０の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、Ｙ方向に沿って同じ色の画素が並ぶよう規則的に配列されているため、例えば図６に示すように、画素列２０同士が近づいて特定の色の蛍光体層（Ｇ）が部分的に重なったとしても大きな問題は生じない。この場合、特に、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに対するビームスポットから外れた領域同士が重なれば問題はない。

理想的には近接した同色の蛍光体層同士が重ならないように、例えば、図５に示すパターンの画素列２０のピッチ（Ｙ配線ピッチ）が６５０μｍで蛍光体層Ｒ、Ｇ、ＢのＹ方向に沿った長さが２５０μｍである場合、当接可能領域のＹ方向に沿った幅は４００μｍとなり、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの最大シフト量は２００μｍとなる。

つまり、本実施の形態の波形パターンで蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを並べると、図５に示したパターンと比較して、画素列２０間でスペーサ８を当接可能な領域を広げることができ、且つＹ方向に隣接する画素列２０のピッチを極めて近づけることができ、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを高密度で配列できる。特に、図５に示した通常パターンと比較すると、スペーサ８の当接位置Ｔに近接する蛍光体層とスペーサ８との間の距離が広がっていることが分かる。

以上のように、本実施の形態によると、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを図４に示すような波形パターンで規則的に配列したため、スペーサ８の当接可能領域を広げた上で複数の画素列２０のＹ方向に沿ったピッチを短縮できた。つまり、本実施の形態によると、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの密度（解像度）を高めた上でスペーサ８の径を太くでき、高精彩画像を表示でき信頼性を高めることができる。

特に、スペーサを太くできることから、両基板２、４に作用する大気圧加重を支えるため、スペーサ８の本数を増やす必要はなく、むしろ本数を減らすことができる。これにより、スペーサ８の製造を容易にでき、取り付け時の位置合わせ精度を低くでき、ＳＥＤ１の製造コストを低減できる。

また、本実施の形態によると、スペーサ８に近接する蛍光体層とスペーサ８との間の距離を大きくできるため、近接する蛍光体層に照射される電子ビームの軌道と当該スペーサ８との間の距離を離すことができ、例えばスペーサ８の帯電等の要因によりビーム軌道に悪影響を与えることを抑制でき、色ずれの無い良質な画像を表示できる。

なお、上述した実施の形態では、前面基板２側の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの波形パターンについてのみ説明したが、背面基板４の電子放出素子１６についても同様にスペーサ８の当接可能領域を広げる必要があり、多数の電子放出素子１６も図４に示すような波形パターンで配列されている。

なお、この発明は、上述した実施の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、上述した実施の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、上述した実施の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良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上述した実施の形態では、スペーサ８の当接可能領域を広げるため、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを図４に示す波形パターンに形成した場合について説明したが、これに限らず、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの形状やサイズを異ならせることで当接可能領域を広げても良く、表示画像が見やすくなれば必ずしも均一なパターンで蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを並べる必要もない。

また、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの波形パターンの周期（波長）は任意に変更可能であり、例えば図７に概念図として示すように周期を短くしたり、図８に示すように周期を長くしたりすることができる。具体的には、図７には波形パターンの１周期の間に蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを２組並べた例を示してあり、図８には波形パターンの１周期の間に蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを１０組並べた例を示してある。いずれにしても、波形パターンの周期は、スペーサ８の本数や当接位置に応じて任意に変更可能である。

この発明の実施の形態に係るＳＥＤの真空外囲器を示す外観斜視図。 図１の真空外囲器を線II−IIに沿って切断した断面斜視図。 図２の断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 図１のＳＥＤの前面基板に形成されるこの発明の実施の形態に係る蛍光体層の波形パターンを説明するための概略図。 比較のため蛍光体層の通常の配列パターンを示す概略図。 隣接した画素列の同色の蛍光体層が部分的に重なった状態を示す概略図。 波形パターンの周期を短くした例を示す概念図。 波形パターンの周期を長くした例を示す概念図。

符号の説明

１…ＳＥＤ、２…前面基板、４…背面基板、６…側壁、８…スペーサ、８ａ…上端、８ｂ…下端、１０…真空外囲器、１２…蛍光体スクリーン、１４…メタルバック、１６…電子放出素子、２０…画素列、Ｒ、Ｇ、Ｂ…蛍光体層、Ｔ…当接位置。

Claims (6)

1. 多数の蛍光体画素を有する第１基板と、
   この第１基板に対向し、上記多数の蛍光体画素に対応した多数の電子放出源を有する第２基板と、
   上記多数の蛍光体画素および多数の電子放出源から外れた位置で上記第１および第２基板間に当接して配置され、上記第１および第２基板に作用する大気圧加重を支える複数本の柱状スペーサと、を有し、
   上記多数の蛍光体画素のうち少なくとも上記柱状スペーサの当接位置に近接した蛍光体画素が当該柱状スペーサから離間する方向にシフトされて形成されていることを特徴とする表示装置。
2. 上記多数の蛍光体画素は、複数の蛍光体画素を第１の方向に規則的に並べた画素列を上記第１の方向と交差する第２の方向に離間させて複数列並べて形成されており、
   上記複数本の柱状スペーサは、隣接する上記画素列の間で上記第１基板に当接する位置にそれぞれ配置され、
   上記隣接した各画素列の複数の蛍光体画素のうち上記柱状スペーサの当接位置に近接した蛍光体画素は、上記第２の方向に沿って当該柱状スペーサからそれぞれ離間する方向にシフトされて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記多数の蛍光体画素は、上記隣接した各画素列が、当該柱状スペーサに対してシフトした蛍光体画素の配列パターンを上記第１の方向に沿って波形に繰り返した波形パターンで複数の蛍光体画素を配列するように、全ての蛍光体画素を上記第１基板に対して均一に配置して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 上記複数の画素列は、隣接する画素列同士において、上記第２の方向に沿って同じ色の蛍光体画素が配列されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 上記隣接する画素列において、上記波形パターンが互いに近接する位置にある同じ色の蛍光体画素同士が僅かに重なるように、両者の間隔が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 多数の蛍光体画素を有する第１基板と、
   この第１基板に対向し、上記多数の蛍光体画素に対応した多数の電子放出源を有する第２基板と、
   上記多数の蛍光体画素および多数の電子放出源から外れた位置で上記第１および第２基板間に当接して配置され、上記第１および第２基板に作用する大気圧加重を支える複数本の柱状スペーサと、を有し、
   上記多数の電子放出源のうち少なくとも上記柱状スペーサの当接位置に近接した電子放出源が当該柱状スペーサから離間する方向にシフトされて形成されていることを特徴とする表示装置。

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