JP2007087649A - 画像表示装置、画像表示装置用前面パネルとその製造方法、及び転写フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】 自発光で画像表示する画像表示装置及びその前面パネルにおいて、輝度を低下させることなく、外光下でのコントラストの大幅な向上を図る。
【解決手段】 前面側の基板２と蛍光面の蛍光体層との間に、基板外面方向からの透過光Ｌ２より基板内面方向からの透過光Ｌ１の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズ５を含む光学層３を有して成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蛍光体の発光で画像表示する画像表示装置、画像表示装置用前面パネルとその製造方法、並びに画像表示装置用前面パネルの製造に適用される転写フィルムに関する。

従来、蛍光体の発光で画像表示する表示装置（いわゆる自発光ディスプレイ）として種々のものが知られている。例えば、平面表示装置（いわゆるフラットディスプレイ）では、フィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）に代表される電子放出素子を備えた表示装置、あるいはプラズマ表示装置、さらにはＶＦＤ（蛍光表示管を備えた表示装置、陰極線管を備えた表示装置などが知られている。

これら自発光ディスプレイは、各画素に対応した蛍光体層を励起発光し、前面ガラス基板を透過した画像光によって所要の画像を表示するようになされている。この自発光ディスプレイにおいて、外光下でのコントラストを改善する場合には、ＮＤフィルタ（減光フィルタ）や円偏向フィルタ等を前面パネルの外面に装着し、外光反射を軽減することが一般的である（特許文献１、特許文献２参照）。これらのフィルタを用いる効果は、次の通りである。すなわち、内部の蛍光体層で励起した発光は、一回しかフィルタ層を通過しないが、外光がパネル内面に入り蛍光体層などにより反射して再び外部へ出た場合、外光はフィルタ層を二回通過することになる。これにより、内部発光の低下に比べて外光反射の低下が大きくなり、相対的にコントラスト比を改善する。

また、前面パネルの内面にカラーフィルタを形成し、この上に同色の蛍光体層を形成し、サブピクセル毎に波長選択性を持たせて、外光下でのコントラスト向上及び発光の色純度を改善する手法も取られている。
さらに、背面投射型プロジェクタ用スクリーンにおいて、透明微小球体と着色層を用いてコントラスト向上、輝度向上を図ったものが提案されている（特許文献３参照）。

特開昭６０ー３２６４６号公報 特開２００２−３７２６２２号公報 特開平１０ー４８４０４号公報

ところで、前者のＮＤフィルタ、円偏光フィルタを用いてコントラスト比を改善する手法は、当然、発光の絶対輝度が低下する。また、発光の絶対輝度が低下することにより、特に明るい環境下ではダイナミックレンジの狭いインパクトの無い画像となってしまう。

後者のカラーフィルタを用いた方法は、前者のＮＤフィルタ、円偏光フィルタなどを用いた方法での絶対輝度低下を改善している。しかし、後者の方法は、前者のＮＤフィルタや円偏光フィルタを用いる方法に比べて、かなり輝度、コントラストが改善されるものの、まだ不十分である。例えば、店頭照明下や屋外においては、コントラストの低下が著しく、液晶ディスプレイなどフィルタ型（透過型）のディスプレイに比べて見劣りする。

本発明は、上述の点に鑑み、輝度を低下させることなく、外光下でのコントラストの大幅な向上を図った画像表示装置を提供するものである。また、本発明の画像表示装置を構成する画像表示装置用前面パネルとその製造方法、並びに画像表示装置用前面パネルの製造に適用される転写フィルムを提供するものである。

本発明に係る画像表示装置は、蛍光体の発光で画像表示する画像表示装置であって、前面基板の内面に、基板外面方向からの透過光より基板内面方向からの透過光の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズを含む光学層を有して成ることを特徴とする。

本発明の画像表示装置では、前面基板の内面に、基板外面方向からの透過光より基板内面方向からの透過光の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズを含む光学層を有するので、この内光と外光の透過光の強度差によりコントラストが向上する。また、蛍光体で励起発光した発光光の略全てが、マイクロレンズを通して収束され、発散されて基板外へ透過するので、絶対輝度は維持され、低下されない。

本発明に係る画像表示装置用前面パネルは、前面基板の内面側に、基板外面方向からの透過光より基板内面方向からの透過光の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズを含む光学層を有して成ることを特徴とする。

本発明の画像表示装置用前面パネルでは、前面基板の内面に、基板外面方向からの透過光より基板内面方向からの透過光の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズを含む光学層を有するので、この内光と外光の透過光の強度差によりコントラストが向上する。また、蛍光体での発光の略全てが、マイクロレンズを通して集束され、発散されて基板外へ透過するので、絶対輝度は維持され、低下されない。

本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法は、ベース上に少なくとも剥離層、複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層が積層された転写フィルムを用いて、前面パネルの一部を構成する前面基板の内面に光学層を転写する工程を有することを特徴とする。
本発明の画像表示装置用前面パネルの製造方法では、転写フィルムを用いて、転写で複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層を形成するので、外光反射を抑え、基板内面からの透過光の強度を高めるためようにした光学層の形成が容易になる。
この光学層では外光は殆どが着色層により吸収され蛍光体層側に入射されない。以下の製法による光学層も同様の作用を有する。

本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法は、前面パネルの一部を構成する前面基板の内面側に所要厚さの着色層を形成する工程と、着色層の表面に複数のマイクロレンズを散布し、加熱、加圧処理してマイクロレンズの一部が着色層に埋め込まれた光学層を形成する工程を有することを特徴とする。
本発明の画像表示装置用前面パネルの製造方法では、着色層を形成した後、複数のマイクロレンズを散布し加熱、加圧処理することにより、外光反射を抑え、基板内面からの透過光の強度を高めるためようにしたマイクロレンズと着色層からなる光学層を容易に形成することができる。

本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法は、前面パネルの一部を構成する前面基板の内面側に複数のマイクロレンズを埋め込んだ着色層を形成する工程と、前面基板内面と反対側の余剰の着色層をエッチング除去して、複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層を形成する工程を有することを特徴とする。
本発明の画像表示装置用前面パネルの製造方法では、複数のマイクロレンズを埋め込んだ着色層の形成する工程と、余剰の着色層をエッチング除去する工程を組み合わせることにより、外光反射を抑え、基板内面からの透過光の強度を高めるためようにしたマイクロレンズと着色層からなる光学層を容易に形成することができる。

本発明に係る転写フィルタは、少なくともベース基材上に剥離層と、複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層が積層されて成ることを特徴とする。

本発明の転写フィルムは、基板上に光学層を下にして接着し、剥離層と共にベース基材を剥離することで光学層を基板内面側に転写できるので、画像表示装置用前面パネルの製造に適用した場合、外光反射を抑え、基板内面からの透過光の強度を高めるためようにしたマイクロレンズと着色層からなる光学層の形成を容易にする。

本発明に係る画像表示装置によれば、輝度を低下させることなく、外光下でのコントラストの大幅な向上を図ることができ、鮮明な画像を表示することができる。

本発明に係る画像表示装置用前面パネルによれば、輝度低下させることなく外光下でのントラストの大幅な向上を図ることができ、鮮明な画像表示が得られ、蛍光体層による自発光画像表示装置に適用して好適である。
本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法によれば、輝度低下せずに外光下でのコントラスト向上を図った前面パネルを容易且つ生産性良く製造することができる。

本発明に係る転写フィルムによれば、画像表示装置の前面パネル内面へのマイクロレンズアレイと着色層を含む光学層の形成を簡便にする。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１を用いて本発明に係る蛍光体の発光で画像表示する画像表示装置（以下、表示装置という）の原理的、特に前面パネルでの原理的構成及び動作原理を説明する。図１の構成は、表示装置を構成する前面パネル１の原理的構造を示しており、透明基板、例えばガラス基板２の内面２ａに本発明に係る光学層３が形成され、この光学層３の上部に蛍光面を構成する蛍光体層（図示せず）が近接して形成される。光学層３は、ガラス基板２の内面２ａに接して着色部材、すなわち光を吸収するための着色された膜（以下、着色層という）４と、複数（多数）のマイクロレンズ５からなるマイクロレンズアレイ６と、マイクロレンズアレイ６及び着色膜４より低屈折率層、本例では真空層７とを有する複数層で形成される。前面パネル1側に蛍光体層がある場合には、マイクロレンズアレイ６上に蛍光体層が形成されるが、ミクロ的に見ると、蛍光体層が粒子の集合体であるため、マイクロレンズアレイ６と蛍光体層との界面には真空層７が存在する。また、背面パネル側に蛍光体層がある場合には、マイクロレンズアレイ6上に真空層７が存在する。

マイクロレンズ５は、実質的に球形に形成され、例えばガラスビーズで形成される。マイクロレンズアレイ５は、多数のマイクロレンズ５を好ましくは互いに接触するように一層に配列したマイクロレンズアレイ６を設け、各マイクロレンズ５の一点がガラス基板２の内面２ａに接触するようになされている。通常、着色層４は厚さに依存した光透過率を示し、この場合も厚くなるにつれて急激に透過率が低下する。図１の例では、着色層４の厚さはマイクロレンズ５の略半分とし、着色層４はマイクロレンズ５のガラス基板２側の下側半分において隣合うマイクロレンズの隙間に充填された形で形成される。マイクロレンズ５がガラス基板内面２ａに接触した部分は、着色層４がなく、光を透過する瞳に相当する。マイクロレンズ５の上側半分の隣合う隙間を含むマイクロレンズ５上の領域は、マイクロレンズ５よりも屈折率の小さい非着色層で形成されている。この非着色層は、最良の形態としては前述した真空層７で形成するのが好ましいが、その他、マイクロレンズ５より屈折率の小さい材料、例えば耐熱性高分子などで形成してもよい。

上述の前面パネル１の構成によれば、例えば前面パネル１側に蛍光体層を有する場合についてみると、蛍光体層（図示せず）で励起発光した光Ｌ１は、まず蛍光体層とマイクロレンズアレイ６との界面の低屈折率の真空層７中に放出され、次にマイクロレンズ５に入射する。図１では理解を容易にするために垂直入射として説明する。マイクロレンズ５を構成するガラスビーズの屈折率は真空より大きいため、光Ｌ１はレンズ中心方向に屈折される。ガラスの比屈折率は１．５程度であるため、図１の平行光Ｌ１はガラスビーズ５の下端近傍に集束する。図１ではレンズ焦点ｆがガラス基板２に入り込んだ基板内面近傍の位置となり、光Ｌ１はレンズ焦点に集束する。集束した光Ｌ１はその後、直接ガラス基板２に入射したり、一旦着色層４の一部を通過してガラス基板２に入射するが、集束した光Ｌ１の略全部がガラス基板２に入射し、そのままガラス基板２の外部に取り出される。

一方、外部からの入射光（外光）Ｌ２は、まず前面のガラス基板２に入射する。図１では理解を容易にするために外光Ｌ２を平行光として説明する。ガラス基板２を通過した外光Ｌ２のうち、ガラスビーズ５に直接入射する割合はほんの僅かであり、外光Ｌ２の大部分は着色層４に入射する。着色層４は厚さや材料によって光吸収率が異なるが、入射した外光光Ｌ２の大部分を吸収することができ、ガラスビーズ５への到達比率を大幅に小さくすることができる。それでも、ガラスビーズ５に到達した外光Ｌ２は、低屈折率層である真空層７（すなわちガラスビーズ５と蛍光体層間の真空界面）で屈折されて蛍光体層に向かう。その後、蛍光体粒子やメタルバック層などで反射され、再度ガラスビーズ５に入射するが、その反射光は拡散されており、多くは着色層４に再吸収されてしまう。この結果、そもそも外光Ｌ２が蛍光体層まで到達する比率が大幅に小さい上、再度着色層４を通過することによって更に減衰し、ガラス基板２外部まで到達する比率は殆ど皆無とすることができる。

以上を総合すると、内部よりの発光Ｌ１は殆ど減衰することなくガラス基板２の外部に取出すことができるのに対して、外光Ｌ２の前面パネル１での反射は殆どゼロとすることができる。これにより、絶対輝度を維持しつつ外光コントラストを格段に改善することができる。

マイクロレンズ５のレンズ径は、光の波長に比べて十分大きく、且つ輝度均一性の点からサブピクセル内に十分な個数が入り得る大きさである。例えばサブピクセルの大きさは０．５ｍｍピッチの場合、０．３５ｎｍ×０．１３ｍｍである。具体例としては、マイクロレンズのレンズ径を１〜５０μｍ、好ましくは５μｍ〜２０μｍ程度とすることができる。１μｍより小さいとレンズ効果が得られず、５０μｍを越えると輝度むらが生じ易い。ここで、サブピクセルは、各色（例えば赤、緑、青）の蛍光体層に対応した領域であり、１ピクセル（１画素）は各色に対応した複数のサブピクセルから成る。例えば１ピクセルは赤、緑、青の３つのサブピクセルで構成される。

着色層４としては、例えば、カーボン、低融点ガラス、耐熱性高分子などで構成することができる。着色層４の塗布厚は、実質的にマイクロレンズ径の３０％〜７０％程度とするのが好ましい。３０％より薄いと外光Ｌ２の吸収が少なく、外光抑制効果が少ない。７０％より厚いと内部からの発光Ｌ１も吸収していまい輝度低下を招く。
蛍光体粒子の粒径としては、体積平均値で２μｍ〜１０μｍ（５０Ｖｏｌ％値において）、好ましくは４μｍ〜７μｍである。例えばフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）の場合、蛍光体粒子の粒径は３μｍ〜８μｍ程度である。

ここで、蛍光体層の膜厚が厚すぎると、電子線が蛍光体層まで届かなくなるがかりか、せっかく上部層で放出された光を下部層が遮蔽してしまうという不都合が生じる。また、蛍光体層が薄すぎると、輝度低下を来たす。一般には蛍光体粒子が略2層程度重なった層が最も効率がよい。このことから、蛍光体粒子径が体積平均値で１０μｍより大きくなると、上記の不都合が生じる虞がある。蛍光体粒子径が体積平均値で２μｍより小さくなると、蛍光体粒子の結晶性が悪くなり、また粒子一層の蛍光体層とした場合に輝度低下を来たすという不都合が生じる。この傾向は、プラズマ表示装置のような背面パネル側に蛍光体層を有する、いわゆる反射型において顕著である。

図２に、図１に対応した本発明の前面パネルの要部の第１実施の形態を示す。図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態の前面パネル１０１においては、透明基板例えばガラス基板２の内面に、着色された高屈折率の着色層４と、この着色層４に一部が埋まるように、実質的に球形のマイクロレンズ、本例ではガラスビーズ５を一層配列したマイクロレンズアレイ６と、マイクロレンズアレイ６及び着色層４より屈折率の低い透明の低屈折率層７とからなる光学層３を形成し、さらにその上に蛍光体層９からなる蛍光面１０を形成して構成される。マイクロレンズ５は、内部の発光をマイクロレンズ５よりガラス基板２を透過して外部に出射できるように、ガラス基板２の内面に近接して配置される。すなわち、マイクロレンズ５としては、ガラス基板内面に物理的に接触させても良いし、あるいはマイクロレンズ５の下に残っている着色層４が充分薄くて高い光透過性を有するように配置しても良い。低屈折率層７は、例えば真空領域で形成されるが、その他の膜で形成することも可能である。着色層４は、蛍光面側よりガラス基板２側の充填率が高くなるように形成することが望ましい。図２の例では、着色層４をマイクロレンズ５の直径の略半分に厚さに形成しているが、着色層の着色比率としてガラス基板２側が多ければ（つまり濃くて十分光吸収できる状態であれば）、必ずしもマイクロレンズ５の直径の１／２である必要はない。例えば図３に示すように、着色層４の厚みをマイクロレンズ５の直径１／２より厚く形成することもできる。

図４に、本発明の表示装置、特にその前面パネルの第２実施の形態を示す。本実施の形態の前面パネル１０２においては、前述の図１の実施の形態と同様に、ガラス基板２の内面に着色層４、マイクロレンズアレイ６及び低屈折率層７からなる光学層３が形成され、光学層３上に蛍光体層９からなる蛍光面１０が形成され、更にガラス基板２の内面とマイクロレンズアレイ６との間、より詳しくはガラス基板２と、マイクロレンズアレイ６及び着色層４との間に、光拡散層８を形成して構成される。光拡散層８としては、ガラス基板２の内面をサンドブラスト等で粗らして形成することができる。この場合、光拡散層８の表面粗度がマイクロレンズ５よりも十分小さい事が好ましい。その他、ガラス基板２の内面に光拡散機能を有する膜を形成することもできる。
この第２実施の形態によれば、図１、図２で説明した輝度を維持してコントラストを向上する効果に加えて、マイクロレンズ５で生じる光の指向性を解消し、視野角依存性を改善することができる。

図５に、本発明の表示装置、特にその前面パネルの第３実施の形態を示す。本実施の形態の前面パネル１０３においては、前述の図１の実施の形態と同様に、ガラス基板２の内面に着色層、マイクロレンズアレイ６及び低屈折率層７からなる光学層３が形成され、光学層３上に蛍光体層９からなる蛍光面１０が形成されるも、特に、着色層４１を１ピクセル内の各サブピクセル毎に透過スペクトルが異なるカラーフィルタにより形成して構成される。
第３実施の形態によれば、着色層４１をカラーフィルタで形成することにより、色純度を更に改善することができる。その他、図１、図２で説明した輝度を維持してコントラストを向上する効果を奏する。

図６に、本発明の表示装置、特にその前面パネルの第４実施の形態を示す。本実施の形態の前面パネル１０４においては、前述の図１の実施の形態と同様に、ガラス基板２の内面に着色層４、マイクロレンズアレイ６及び低屈折率層７からなる光学層３が形成され、光学層３上に蛍光体層９からなる蛍光面１０が形成されるも、特に、マイクロレンズアレイ６を、カラーフィルタを兼ねたマイクロレンズ５１で形成して構成される。
第４実施の形態によれば、マイクロレンズアレイ６を、カラーフィルタを兼ねたマイクロレンズ５１で形成することにより、色純度を更に改善することができる。その他、図１、図２で説明した輝度を維持してコントラストを向上する効果を奏する。

図７に、図２に対応した本発明の表示装置、特にそのカラー蛍光面を有した前面パネルの実施の形態を示す。本実施の形態に係る前面パネル２１は、透明基板である例えばガラス基板２の内面２ａの少なくとも有効画面に、全面にわたって図２で示した着色層４とマイクロレンズアレイ６と低屈折率層７とからなる光学層３が形成され、この光学層７上に光吸収層となる所謂ブラックマトリクス１２と、赤、緑及び青の各色蛍光体層９〔９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ〕とからなる蛍光面１０が形成され、さらに図示しないが、蛍光面１０上に例えばＡｌからなるメタルバック層が形成されて成る。ここでは、ブラックマトリックス１２と総称しているが、その形はストライプ状、格子状など従来から様々なタイプが知られている。又、蛍光体発光部の開口形状は長方形や円形だけでなく、例えば電子ビームの形状に合わせて、楕円形や多角形とする事が出来る。なお、低屈折率層７が真空の場合には、ブラックマトリックス１２はマイクロレンズアレイ６と直接接着される事となる。
本実施の形態では、前述の図１及び図２で説明したと同様に、光学層３により、ガラス基板２の外面方向からの透過光（外光）Ｌ２よりも、ガラス基板２の内面方向からの透過光（発光）Ｌ１の強度が高くなり、輝度を維持しながらコントラストの向上を図ることができる。

図８に、図２に対応した本発明の表示装置、特にそのカラー蛍光面を有した前面パネルの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る前面パネル２２は、特に、ブラックマトリクスを立体構造のブラックマトリクス（以下、立体ブラックマトリクスという）１２で形成し、各立体ブラックマトリクス１２で囲まれた各凹状領域１５内に、サブピクセルを構成するように光学層３とその上に対応する色（赤、緑、青）の蛍光体層９Ｒ，９Ｇ，９Ｂを形成して構成される。その他の構成は図７で説明したと同様である。
本実施の形態では、立体ブラックマトリクス１２を有するので、カソード側からの電子線は対応する蛍光体層９〔９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ〕に照射され、その際に後方散乱電子の一部を遮蔽する為に、近接する他の色の蛍光体層の無効発光が減少し、混色を確実に防止できる。その他、光学層３を有することにより、図７で説明したと同様に輝度を維持しながらコントラストの向上を図ることができる。

図９に、図５及び図６に対応した本発明の表示装置、特にそのカラー蛍光面を有した前面パネルの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る前面パネル２３は、透明基板であるガラス基板２の内面にブラックマトリクス１２を形成し、このブラックマトリクス１２で区画された各領域のガラス基板内面２ａに、それぞれ対応する色のカラーフィルタ機能を兼ねた光学層３を介して対応する色（赤、緑、青）の蛍光体層９Ｒ，９Ｇ，９Ｂを形成し、さらにメタルバック層を形成して構成される。この光学層３は、前述の図５で説明したカラーフィルタで形成した着色層４１を有する光学層、あるいは前述の図６で説明したカラーフィルタを兼ねマイクロレンズ５１によるマイクロレンズアレイ６を有する光学層を用いる。
本実施の形態では、カラーフィルタ機能を有する光学層３を有するので、色純度の更なる改善、輝度を維持しながらコントラストの向上を図ることができる。

さらに図示しないが、前述の図４で説明した光拡散層８は、図７〜図９の構成に適用することができる。光拡散層８としては、図７の構成のとき、ガラス基板２の内面の有効画面全面に形成することができる。また、光拡散層８としては、図８及び図９の構成のとき、光学層３に下のみ、あるいはブラックマトリクス１４あるいは１２の下を含めた有効画面全面に形成することができる。

次に、本発明に係る表示装置用前面パネルの製造方法の実施の形態を説明する。
図１１に、本発明に係る表示装置用前面パネルの製造方法の第１実施の形態を示す。本例は図１０に示す転写フィルムを用いる製法である。
図１０Ａに示す転写フィルム３１１は、ベース基材、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム３２上に剥離層３３、多数のマイクロレンズとなるガラスビーズ５からなるマイクロレンズアレイ７、着色層４、接着層３４を順次積層して構成される。ここで、マイクロレンズアレイ６は、レンズ径の１／２ずつ剥離層３３と着色層４の両方に埋め込まれた状態で形成される。
図１０Ｂの転写フィルム３１２は、ベース基材である例えばＰＥＴフィルム３２上に剥離層３３、多数のマイクロレンズとなるガラスビーズ５からなるマイクロレンズアレイ６、接着性を有する着色層４を順次積層して構成される。

先ず、図１１Ａに示すように、前面パネルを構成するガラス基板２の内面２ａに上述の転写フィウム、例えば図１０Ｂの転写フィルム３１２を、着色層４がガラス基板２内面に接着されるようにして貼り合せる。

次に、図１１Ｂに示すように、ＰＥＴフィルム３２を剥離層３３から剥離する。
次に、焼成する。図１１Ｃに示すように、この焼成で剥離層３３は消失し、着色層４は硬化ないし結晶化してガラスビーズ５とともにガラス基板２に接着される。

この後は、図示しないが、例えばブラックマトリクス及び蛍光体層からなる蛍光面を形成し、さらにメタルバック層を形成して、図７に示すような前面パネルを得る。
本実施の形態の光学層の形成は、図８、図９の構成の場合にも適用できる。

図１２に、本発明に係る表示装置用前面パネルの製造方法の第２実施の形態を示す。
先ず、図１２Ａに示すように、前面パネルを構成するガラス基板２の内面２ａの全面、あるいは有効画面領域に、所要の厚さ、例えば加熱処理後にガラスビーズ径の略半分となる厚さのペースト状の着色層４を印刷などにより塗布する。このときの着色層４は、加熱粘着性又は光粘着性を有することが望ましい。本例では加熱粘着性を有する。次いで、マイクロレンズとなるガラスビーズ５を着色層４の表面にほぼ一層となるように隙間なく散布する。この散布は例えばノズル３７を用いて行うことができる。

次に、図１２Ｂ、Ｃに示すように、加圧と加熱により、ガラスビーズ５を着色層４に埋め込むと同時に、着色層４をガラス基板内面２ａに接着させる。この加熱処理（焼成）により、着色層４は、ガラスビーズ径の略半分に収縮してガラスビーズ５と共にガラス基板に接着される。

この後は、図示しないが、例えばブラックマトリクス及び蛍光体層からなる蛍光面を形成し、さらにメタルバック層を形成して、図７に示すような前面パネルを得る。
本実施の形態の光学層の形成は、図８、図９の構成の場合にも適用できる。

図１３に、本発明に係る表示装置用前面パネルの製造方法の第３実施の形態を示す。
先ず、図１３Ａに示すように、前面パネルを構成するガラス基板２の内面２ａにマイクロレンズとなる多数のガラスビーズ５を一層配列されるよう埋め込んだ着色層４を形成する。このガラスビーズ５を埋め込んだ着色層４の形成は、例えば転写フィルム（図示せず）を用いて、あるいはペースト状の着色層４を塗布し、着色層４内にガラスビーズ５を埋め込んだ状態で着色層４を硬化するようになす。

次に、図１３Ｂに示すように、着色層４のガラス基板２と反対側（蛍光体層側）の余剰の着色層４をエッチングにより除去し、ガラスビーズ５の蛍光体層側の一部を露出させる。

この後は、図示しないが、例えばブラックマトリクス及び蛍光体層からなる蛍光面を形成し、さらにメタルバック層を形成して、図７に示すような前面パネルを得る。
本実施の形態の光学層の形成は、図８、図９の構成の場合にも適用できる。

上述の製造方法により、精度良く、しかも生産性良く、目的の表示装置用前面パネルを製造することができる。

次に、図１４及び図１５を用いて、本発明に係る表示装置を、冷陰極電子放出素子を用いたフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）に適用した実施の形態について説明する。本実施の形態に係る表示装置４１は、図１４に示すように、基板４２の有効画面となる領域内面に蛍光面４３とアノード電極（メタルバック膜）４４が形成されたアノードパネル（アノード基板：いわゆる前面パネル）４５と、基板６２の有効画面となる領域内面に電界放出素子６３を形成したカソードパネル（カソード基板：いわゆる背面パネル）６４とを相対向して配置し、周縁部分に枠体６５を介して接合されて成る。アノードパネル４５の基板４２は、透光性を有し例えば透明ガラス基板で形成することができる。カソードパネル６４の基板６２も、例えば同様のガラス基板で形成することができる。

カソードパネル６４には、その内面に熱的励起によらず、量子トンネル効果に基づき固体から真空中に電子を放出することが可能な電界電子放出素子（以下、電界放出素子という）６３が形成される。すなわち、複数の電子放出部６６を二次元的に配列した電界放出素子６３が形成される。電界放出素子６３は、複数のカラム（列）電極と複数のロー（行）電極を有し、両電極の各交点に対応するような位置に電子放出部６６を形成して構成される。

すなわち、本例における電界放出素子６３は、一方向（紙面に平行な方向）に帯状に延び且つ他方向（紙面に直交する方向）に沿って複数平行に配列されたカソード電極（例えばカラム電極）６７と、カソード電極６７とは層間絶縁膜６８を介してカソード電極６７と直交するように、他方向（紙面に直交する方向）に帯状に延び且つ一方向（紙面に平行な方向）に沿って複数平行に配列された制御電極、すなわちゲート電極（例えばロー電極）６９と、両電極６７及び６９の交差領域に形成された電子放出部６６とから構成される。

電子放出部６６は、層間絶縁膜６８及びゲート電極６９の開口７０内の底面に臨みカソード電極６９上に形成される。電子放出部６６は、本例では円錐形をなすスピント型に形成される。電子放出部６６が形成される交差領域は、アノードパネル４５側の後述するサブピクセルの蛍光体層４６に対応しており、図２に示すように、交差領域にはスピント型の電子放出部６６が複数形成される（図１では模式的に１つのスピント型の電子放出部６６で代表している）。なお、図示しないが、カソードパネル６４側には電子放出部６６から電界放出された電子を蛍光体層４６に有効に照射するためにフォーカス電極を形成することもできる。

アノードパネル４５及びカソードパネル６４を対向させた空間は、電界放出による電子を蛍光面４３に照射させるために真空に維持される。また、両パネル４５及び６４間の空間間隔を保持するために非発光領域にウォールと呼ばれる支柱７２が設けられ、アノードパネル４５及びカソードパネル６４の大気圧による変形、破壊を防ぐようにんあされている。

電子放出部６６としては、スピント型、MIM型（Metal Insulator Metal）の他、例えばカーボンナノチューブのような針状の導電材料を用いて形成することもできる。

アノードパネル４５は、基板４２の有効画面となる内面に、電子照射により発光する所定パターン、例えば二次元配列された複数の蛍光体層４６と各蛍光体層４６間にあってコントラスト向上に遮光として働く、いわゆるブラックマトリクス４７とによる蛍光面４３を有している。蛍光体層４６は、例えば赤色蛍光体層４６Ｒ，緑色蛍光体層４６Ｇ及び青色蛍光体層４６Ｂにより形成される。

さらに、本発明の特徴である前述した光学層３が、蛍光面４３と基板４２間の全面、あるいは各蛍光体層４６と基板４２間に、本例では各蛍光体層４６と基板４２間に形成される。光学層３としては、図２に示す光学層、図４に示す光拡散層８を有する光学層、図５に示す着色層４１をカラーフィルタで形成した光学層、あるいは図６で示すカラーフィルタを兼ねるマイクロレンズ５１を有する光学層で構成することができる。

ブラックマトリクス４７は、本例では立体的に形成され（以下、立体ブラックマトリクスという）、各色蛍光体層４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂを取り囲むような隔壁として構成される。この立体ブラックマトリクスの隔壁に囲まれた凹状領域４８内の底面に各対応する色の蛍光体層４６〔４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂ〕と光学層３が形成される。蛍光面４３の全面上には、アノード電極４４となる例えばＡｌによるメタルバック層が形成される。

カソード電極６７には相対的に負電圧がカソード電極制御回路７４から印加され、ゲート電極６９には相対的に正電圧がゲート電極制御回路７５から印加され、アノード電極４４にはゲート電極６９よりもさらに高い正電圧（高電圧）がアノード電極制御回路７６から印加される。この表示装置４１において、表示を行う場合は、例えば、カソード電極６７にカソード電極制御回路７４から画像信号を入力し、ゲート電極６９にゲート電極制御回路７５から走査信号を入力する。カソード電極６７とゲート電極６９との間に電圧を印加した際に生じる電界により、電子放出部６６から電子が放出され、この電子がアノード電圧４４に引き付けられ、蛍光体層４６に衝突する。その結果、蛍光体層４６が励起されて発光し、所望の画像が表示される。

本実施の形態の表示装置４１によれば、基板４２と蛍光体層４６との間にマイクロレンズアレイと着色層を含む光学層３が形成されるので、前述したように輝度を維持しながら、さらにコントラストを向上することができ、外光環境下でも鮮明な画像を表示することができる。

上述したように本発明の実施の形態によれば、ガラス基板と蛍光面の蛍光体層との間に、マイクロレンズアレイ６と着色層４を含む光学層３を有するので、外部からガラス基板内部への入射光に対しては、マイクロレンズの周りに充填された着色層４により吸収される。したがって、外光Ｌ２よる蛍光体層の反射を相対的に軽減することができる。逆に、蛍光体層による発光Ｌ１は、マイクロレンズ５により略全量が着色層４に吸収されることなく外部に取り出される。このため、前面パネルでの発光輝度は低下しない。即ち、輝度低下させることなく外光下でのコントラストを大幅に改善することができる。

本実施の形態では、マイクロレンズアレイ６と着色層４を含む光学層３をガラス基板内面の蛍光体層に近接して形成し、しかもサブピクセルのサイズに比べて十分に小さいマイクロレンズ５を、サブピクセル領域に多数並置して構成することにより、画像のザラザラ感やクロストークを改善することができる。

また、光学層３をサブピクセルの各々の蛍光体層に近接して形成できるため、前面パネルの外面に貼り付ける場合のようにパネル肉厚分の視差によって異なるサブピクセル、あるいはピクセルからの発光が交じり合うクロストークやレンズ拡散によるフォーカスボケの発生がなく、良好な解像度や色純度を維持することができる。

蛍光面作製工程の始めに、類似のプロセスによって直接前面ガラス基板上に本発明に係る光学層３を形成することができるので、マイクロレンズアレイ形成用の基材が不要となり、外部に取り付ける場合に比べてコスト低減を図ることができる。

マイクロレンズ５とガラス基板の間に光拡散層８を形成することにより、出射光の指向性を緩和して視野角を改善することができる。着色層４１をカラーフィルタで形成する、あるいはマイクロレンズ５１をカラーフィルタで形成することにより、更なる色純度を改善することができる。

上述では、本発明を、画像表示装置の代表例としてフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）及びその前面パネルに適用した場合であるが、その他、サーフェス・コンダクション・エレクトロン・エミッター・ディスプレイ（ＳＥＤ）にも適用できる。また、本発明は背面パネル側に蛍光体層を形成した反射型の画像表示装置であるプラズマ表示装置（ＰＤＰ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、及びその前面パネルにも適用できる。さらに、本発明は陰極線管を備えた表示装置及びその前面パネルにも適用できる。

図16に、本発明に係る画像表示装置をプラズマ表示装置に適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るプラズマ表示装置８１は、透明のガラス基板８２の内面にストライプ状の透明バス電極８３及び透明表示電極８４の組が複数配列形成されてなる前面パネル８５と、背面ガラス基板８７の内面にストライプ状の隔壁８８及びアドレス電極８９と蛍光体層９０を有した背面パネル９１を備えて成る。バス電極８３及び表示電極８４は対をなして複数組、平行配列され、電極８３，８４を覆うように誘電体層９３及び保護層９４が積層されている。背面パネル９１側の隔壁８８は前面パネル８５側の電極８３，８４と直交するように形成される。この各隔壁８８間にアドレス電極８９と蛍光体層、例えば赤、緑、青の３原色の蛍光体層９０が形成される。隔壁８８を介して前面パネル８５及び背面パネル９１が封止され、放電空９２間内に混合ガスが密封される。

そして、本実施の形態においては、特に、前面パネル８５の内面、図示の例では前面パネルとストライプ状透明電極（８３、８４）の間に前述したと同様の光学層、少なくともマイクロレンズアレイと着色層と低屈折率層を含む光学層３を形成して構成される。光学層３の前面パネル８２に対する形成は、前述と同様の方法で形成することができる。

本実施の形態のプラズマ表示装置８１によれば、対向する電極間に所要の電圧が印加され、放電空間９２に発生するプラズマ放電に基づき、密封された混合ガスから発生する紫外線により蛍光体層９０が励起発光されて画像表示が行われえる。このとき、蛍光体層９０の発光の略全てが光学層３のマイクロレンズアレイを通して集束され、発散されて前面ガラス基板８２より外へ透過する。一方、外光の多くは光学層３の着色層に吸収される。このため、コントラストの向上が図れると共に、絶対輝度が維持され、低下されない。したがって、外光環境下での鮮明な画像を表示することができる。

本発明の原理的な構成及び作用の説明に供する原理図である。 本発明に係る画像表示装置の前面パネルの要部を示す第１実施の形態の構成図である。 本発明に係る光学層の着色層の形成の他の例を示す説明図である。 本発明に係る画像表示装置の前面パネルの要部を示す第２実施の形態の構成図である。 本発明に係る画像表示装置の前面パネルの要部を示す第３実施の形態の構成図である。 本発明に係る画像表示装置の前面パネルの要部を第４実施の形態を示す構成図である。 図２に対応した本発明に係る画像表示装置の前面パネルを示す一実施の形態の構成図である。 図２に対応した本発明に係る画像表示装置の前面パネルを示す他の実施の形態の構成図である。 図５、図６に対応した本発明に係る画像表示装置の前面パネルを示す他の実施の形態の構成図である。 Ａ，Ｂ それぞれ本発明に係る光学層の形成に用いられる転写フィルムの例を示す断面図である。 Ａ〜Ｃ 本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。 Ａ〜Ｃ 本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図である。 Ａ〜Ｂ 本発明に係る画像表示装置用前面パネルの製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図である。 本発明に係る画像表示装置をフィールド・エミッション・ディスプレイに適用した実施の形態を示す概略構成図である。 図１４のカソードパネルの概略斜視図である。 本発明に係る画像表示装置をプラズマ表示装置に適用した実施の形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１、１０１、１０２、１０３、１０４、２１、２２、２３・・前面パネル、２・・ガラス基板、３・・光学層、４、４１・・着色層、５、５１・・マイクロレンズ、６・・マイクロレンズアレイ、７・・低屈折率層（真空層）、ｆ・・レンズ焦点、Ｌ１・・発光、Ｌ２・・外光、８・・光拡散層、９〔９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ〕・・蛍光体層、１０・・蛍光面、１２、１４・・ブラックマトリクス、４１、８１・・画像表示装置、４２・・基板、４３・・蛍光面、４４・・アノード電極、４５・・アノードパネル、４６〔４６Ｒ，４６Ｇ，４６Ｂ〕・・蛍光体層、６２・・基板、６３・・電界電子放出素子、６４・・カソードパネル、６５・・枠体、６６・・電子放出部、６７・・カソード電極、６８・・層間絶縁膜、６９・・ゲート電極、７０・・開口、７４・・カソード電圧制御回路、７５・・ゲート電圧制御回路、７６・・アノード電圧制御回路

Claims (19)

1. 蛍光体の発光で画像表示する画像表示装置であって、
   前面基板の内面側に、基板外面方向からの透過光より基板内面方向からの透過光の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズを含む光学層を有して成る
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光学層はマイクロレンズを含む複数層で構成され、前記前面基板側の層の屈折率が前記蛍光面側の層の屈折率より大きい
   ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記光学層は少なくとも複数のマイクロレンズと着色部材を有し、
   前記着色部材は前記マイクロレンズの隙間の一部に充填され、蛍光体層側より前面基板側の充填率が高くなるように形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記マイクロレンズはガラスビーズにより形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
5. 前記着色部材は、カーボン、低融点ガラス、耐熱性高分子の何れかにより形成されて成る
   ことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
6. 前記着色部材の厚さはマイクロレンズ径の３０％〜７０％である
   ことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
7. 前記前面基板と前記マイクロレンズの層との間に光拡散層が形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
8. 前記着色部材がカラーフィルタで形成されて成る
   ことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
9. 前記マイクロレンズがカラーフィルタを兼ねている
   ことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
10. 前面基板の内面側に、基板外面方向からの透過光より基板内面方向からの透過光の強度が高くなるように構成された複数のマイクロレンズを含む光学層を有して成る
    ことを特徴とする画像表示装置用前面パネル。
11. 前記光学層はマイクロレンズを含む複数層で構成され、前記前面基板側の層の屈折率が前記蛍光面側の層の屈折率より大きい
    ことを特徴とする請求項１０記載の画像表示装置用前面パネル。
12. 前記光学層は少なくとも複数のマイクロレンズと着色部材を有し、
    前記着色部材は前記マイクロレンズの隙間の一部に充填され、蛍光体側より基板側の充填率が高くなるように形成されて成る
    ことを特徴とする請求項１０記載の画像表示装置用前面パネル。
13. 前記前面基板と前記マイクロレンズの層との間に光拡散層が形成されて成る
    ことを特徴とする請求項１０記載の画像表示装置用前面パネル。
14. 前記着色部材がカラーフィルタで形成されて成る
    ことを特徴とする請求項１２記載の画像表示装置用前面パネル。
15. 前記マイクロレンズがカラーフィルタを兼ねている
    ことを特徴とする請求項１２記載の画像表示装置用前面パネル。
16. ベース基材上に、少なくとも剥離層と、複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層が積層されて成る
    ことを特徴とする転写フィルム。
17. ベース基材上に、少なくとも剥離層と、複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層が積層されて成る転写フィルムを用い、
    前面パネルの一部を構成する前面基板の内面に前記転写フィルムの光学層を転写する工程を有する
    ことを特徴とする画像表示装置用前面パネルの製造方法。
18. 前面パネルの一部を構成する前面基板の内面側に所要厚さの着色層を形成する工程と、
    前記着色層の表面に複数のマイクロレンズを散布し、加熱、加圧処理して前記マイクロレンズの一部が着色層に埋め込こまれた光学層を形成する工程を有する
    ことを特徴とする画像表示装置用前面パネルの製造方法。
19. 前面パネルの一部を構成する前面基板の内面側に複数のマイクロレンズを埋め込んだ着色層を形成する工程と、
    前記前面基板内面と反対側の余剰の前記着色層をエッチング除去して、複数のマイクロレンズと着色層からなる光学層を形成工程を有する
    ことを特徴とする画像表示装置用前面パネルの製造方法。

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