JP2007234230A - 平面表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体の寿命に影響を及ぼすことなく、輝度を向上させ、表示品位の優れた平面表示装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、内面に蛍光体層Ｒが形成された第１基板１１と、第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を有している。第１基板は、少なくとも蛍光体層が形成された箇所の表面が凹凸形状に形成され、その表面粗度がＲａ０．３μｍ乃至１０μｍとなっている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、表示装置に係り、特に、電子放出素子を用いた平面表示装置およびその製造方法に関する。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べ、蛍光面と対向配置させた平面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いる。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の内、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、１〜２ｍｍ程度の狭いギャップを置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。真空容器の内部は、真空度が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。また、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、両基板間には複数のスペーサが設けられている。

前面基板の内面には赤、青、緑の蛍光体層を含む蛍光面が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる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、多数の走査線およ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。蛍光面にはアノード電圧が印加され、電子放出素子から出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、蛍光体が発光し映像が表示される（例えば、特許文献１）。

前記のように構成されたＦＥＤにおいて、実用的な表示特性を得るためには、通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、更に、蛍光体の上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成した蛍光面を用いることが必要となる。この場合、蛍光面に印加する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。
特開２００１−２４３８９３号公報

前記のような表示装置の重要な機能として、輝度が挙げられる。輝度を向上させる手段として、蛍光体の新規開発や電子が蛍光体に当たる強度および分布の適正化が考えられる。しかし、いずれも実現することは困難であり、容易に輝度向上に結びついていかない。また、電子が強いエネルギーで蛍光体に衝突することは、蛍光体の寿命に大きな影響を及ぼす。

本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蛍光体の寿命に影響を及ぼすことなく、輝度を向上させ、表示品位の優れた平面表示装置およびその製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の態様に係る平面表示装置は、内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備え、前記第１基板は、少なくとも前記蛍光体層が形成された箇所の表面が凹凸形状に形成され、その表面粗度がＲａ０．３μｍ乃至１０μｍとなっている。

この発明の他の態様に係る平面表示装置の製造方法は、内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備えた平面表示装置の製造方法において、
前記第１基板内面に内、少なくとも蛍光層を形成する領域に凹凸を形成し、その表面粗度をＲａ０．３μｍ乃至１０μｍとし、前記第１基板の内面上に感光性の蛍光体層を形成し、前記第１基板の蛍光体層形成面の裏面側からマスクパターンを介して前記蛍光体層を露光し、前記露光された蛍光体層を現像することを特徴としている。

上記構成によれば、特別な工程を導入することなく、また、蛍光体の寿命に影響を及ぼすことなく、輝度を向上させ、表示品位の優れた平面表示装置およびその製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明を適用したＳＥＤの第１の実施形態について詳細に説明する。
図１および図２に示すように、ＳＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍのギャップを置いて対向配置されている。前面基板１１および背面基板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程度以下の高真空に維持された偏平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。側壁１３は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２３により、前面基板１１の周縁部および背面基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。

第１基板として機能する前面基板１１の内面の有効表示領域２８には蛍光面１５が形成されている。この蛍光面１５は、赤、緑、青に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂとマトリックス状の遮光層１７とで構成されている。蛍光面１５上には、例えば、アルミニウムを主成分としアノード電極として機能するメタルバック層２０が形成されている。更に、メタルバック層２０に重ねてゲッター膜２２が形成されている。表示動作時、メタルバック層２０には所定のアノード電圧が印加される。蛍光面の詳細な構造は後述する。

第２基板として機能する背面基板１２の内面には、蛍光面１５の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起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１８が設けられている。これらの電子放出素子１８は、画素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１８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。背面基板１２の内面上には、電子放出素子１８を駆動する多数本の配線２１がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

背面基板１２および前面基板１１の間には、これらの基板に作用する大気圧を支持するため、複数の板状のスペーサ１４が配置されている。これらのスペーサ１４はそれぞれ背面基板１２の長手方向に延びているとともに、幅方向に所定の間隔を置いて配設されている。なお、スペーサは、板状に限らず、柱状のスペーサとしてもよい。

ＦＥＤにおいて、画像を表示する場合、メタルバック層２０を介して蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂにアノード電圧を印加し、電子放出素子１８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層へ衝突させる。これにより、対応する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

次に、前面基板１１の構成について詳細に説明する。図３および図４に示すように、蛍光面１５は、赤、青、緑に発光する多数の矩形状の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを有している。各蛍光体層は、ＳＥＤにおける１表示画素（蛍光体画素）を構成している。横長画面の場合でいうと長軸方向を第１方向Ｘ、短軸方向を第２方向Ｙとした場合、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、第１方向Ｘに所定のギャップをおいて繰り返し配列され、第２方向には同一色の蛍光体層が所定のギャップをおいて配列されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、周知のスクリーン印刷やフォトリソグラフィーにより形成される。遮光層１７は、前面基板１１の周縁部に沿って延びた矩形枠部１７ａ、および矩形枠部の内側で蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの間をマトリックス状に延びたマトリックス部１７ｂを有している。

図４ないし図６に示すように、前面基板１１内面の内、少なくとも蛍光体層の形成領域は凹凸形状に形成され、その表面粗度がＲａ０．３μｍ乃至１０μｍとなっている。本実施形態では、前面基板１１内面の周縁部を除く有効表示領域２８全体に渡って多数の凹所３０が形成されている。各蛍光体層が形成された領域には、少なくとも１つ以上、例えば、２つの凹所３０が形成されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、凹所３０を含む前面基板１１内面上に形成され、凹所に重なった部分は、凹所に沿って凹所中央部と対応する部分が凹んだ形状に形成されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの層厚は、例えば、１０μｍに形成されている。

図７に示すように、この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤによれば、前面基板１１内面の内、少なくとも蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの形成領域は凹凸形状に形成され、その表面粗度がＲａ０．３μｍ乃至１０μｍとなっている。本実施形態では、前面基板１１内面の周縁部を除く有効表示領域全体に渡って多数の凸部３２が形成されている。各蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが形成された領域には、少なくとも１つ以上、例えば、２つの凸部３２が形成されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、凸部３２を含む前面基板１１内面上に形成され、凸部に重なった部分は、凸部に沿ってこの凸部中央部と対応する部分がその周囲よりも盛り上がった形状に形成されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの層厚は、例えば、１０μｍに形成されている。
第２の実施形態において、ＳＥＤの他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

以下、上記のように構成されたＳＥＤの製造方法の実施例について説明する。
実施例１
まず、前面基板１１としてガラス基板を用意する。ガラス基板の一方の表面をケミカルエッチングあるいはサンドブラストにより凹凸を形成し、表面粗度がＲａ：１μｍのガラス基板とする。ガラス基板の凹凸が形成された内面に遮光層１７を形成する。続いて、ガラス基板の内面上に、遮光層１７に重ねて例えば、赤（Ｒ）の感光性蛍光体インキをスクリーン印刷で塗布した後、乾燥する。次いで、図８に示すように、前面基板１１において、蛍光体層の形成面と反対の表面に、パターンマスク３４をセットした後、この表面側からパターンマスク３４を通して感光性蛍光体インキを露光する。その後、感光性蛍光体インキを現像することにより、蛍光体層Ｒを形成する。同様の工程により、蛍光体層Ｇおよび蛍光体層Ｂを順に形成する。

続いて、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの上にメタルバック層を形成する。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂおよびメタルバック層が形成された前面基板１１と、電子放出素子１８が設けられた背面基板１２とをスペーサ１４を挟んで互いに封着することにより、ＳＥＤの外囲器を形成する。

実施例２
前面基板１１としてガラス基板を用意する。ガラス基板の一方の表面をケミカルエッチングあるいはサンドブラストすることにより、ガラス基板表面にφ１００μｍ、ピッチ（間隔）１３０μｍ、深さ５０μｍの複数の凹所を加工する。ガラス基板の凹所が形成された内面に遮光層１７を形成する。続いて、ガラス基板の内面上に、遮光層１７に重ねて例えば、赤（Ｒ）の感光性蛍光体インキをスクリーン印刷で塗布した後、乾燥する。次いで、図８に示すように、前面基板１１において、蛍光体層の形成面と反対の表面に、パターンマスク３４をセットした後、この表面側からパターンマスク３４を通して感光性蛍光体インキ３６を露光する。その後、感光性蛍光体インキ３６を現像することにより、蛍光体層Ｒを形成する。同様の工程により、蛍光体層Ｇおよび蛍光体層Ｂを順に形成する。

続いて、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの上にメタルバック層を形成する。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂおよびメタルバック層が形成された前面基板１１と、電子放出素子１８が設けられた背面基板１２とをスペーサ１４を挟んで互いに封着することにより、ＳＥＤの外囲器を形成する。

実施例３
前面基板１１としてガラス基板を用意する。ガラス基板の一方の表面を水ガラスをスプレイーあるいは点滴し、ガラス基板表面にφ１００μｍ、ピッチ（間隔）１３０μｍ、高さ５０μｍの複数の凸部を形成する。ガラス基板の凸部が形成された内面に遮光層１７を形成する。続いて、ガラス基板の内面上に、遮光層１７に重ねて例えば、赤（Ｒ）の感光性蛍光体インキをスクリーン印刷で塗布した後、乾燥する。次いで、図８に示すように、前面基板１１において、蛍光体層の形成面と反対の表面に、パターンマスク３４をセットした後、この表面側からパターンマスク３４を通して感光性蛍光体インキを露光する。その後、感光性蛍光体インキを現像することにより、蛍光体層Ｒを形成する。同様の工程により、蛍光体層Ｇおよび蛍光体層Ｂを順に形成する。

続いて、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの上にメタルバック層を形成する。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂおよびメタルバック層が形成された前面基板１１と、電子放出素子１８が設けられた背面基板１２とをスペーサ１４を挟んで互いに封着することにより、ＳＥＤの外囲器を形成する。

比較例として、以下の３種類の前面基板を用いてＳＥＤを形成した。
比較例１
通常加工のガラス基板上に蛍光面を形成し、前面基板を構成した。
比較例２
ガラス基板の表面粗度をＲａ：０．１μｍに加工し、この表面上に蛍光面を形成し、前面基板を構成した。
比較例３
ガラス基板の表面粗度をＲａ：２０μｍに加工し、この表面上に蛍光面を形成し、前面基板を構成した。

発明者等は、上記実施例１〜３、および比較例１〜３のＳＥＤを用意し、その表示の輝度を比較検討した。その検討結果を以下の表１に示す。

比較例１のように、通常加工のガラス基板を用いたＳＥＤ、すなわち、蛍光体形成面に凹凸加工が施されていないガラス基板を用いてＳＥＤの輝度を基準（１００％）とした場合、本実施例１、２、３によるＳＥＤは、それぞれ１２５％、１４８％、１３３％の相対輝度が得られ、輝度が向上していることが解った。

逆に、比較例２のように、ガラス基板の蛍光体形成面の表面粗度がＲａ：０．１μｍと低い場合、相対輝度が低下し、また、比較例２のように、ガラス基板の蛍光体形成面の表面粗度がＲａ：２０μｍと高過ぎると、相対輝度が低下するとともに、メタルバック層の平滑性が低下することが解った。

このことから、前面基板の蛍光体形成面の表面粗度をＲａ０．３μｍ〜１０μｍとすることにより、輝度の向上を図ることが可能となる。すなわち、蛍光体形成面に重ねて蛍光体層を形成することにより、蛍光体層は蛍光体形成面の凹凸に沿って部分的に凹んだ、あるいは突出した形状となり、その表面積を広くすることができる。従って、蛍光体層の発光面積が増大し、蛍光体の寿命を劣化させることなく輝度を上げることができる。

また、製造時、前面基板の蛍光体形成面と反対側の面からパターンマスクを通して感光性蛍光体インキを露光することにより、蛍光体形成面の凹凸に沿った形状の蛍光体層を形成することができる。従って、大幅な工程追加を行うことなく、輝度の向上したＳＥＤを製造することが可能となる。

本発明は前記実施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、前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わせにより、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、本発明において、各構成要素の寸法、材質等は上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。この発明は、電子源として表面伝導型電子放出素子を用いたものに限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等の他の電子源を用いた表示装置、および内部が真空に維持された他の平面表示装置にも適用可能である。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るＳＥＤを示す斜視図。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った前記ＳＥＤの断面図。 図３は、前記ＳＥＤにおける前面基板の蛍光面を示す平面図。 図４は、前記蛍光面の一部を拡大して示す平面図。 図５は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った蛍光面および前面基板の断面図。 図６は、図４の線Ｃ−Ｃに沿った蛍光面および前面基板の断面図。 図７は、この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤの蛍光面等を示す断面図。 図８は、前記ＳＥＤにおける蛍光面の製造工程を概略的に示す断面図。

符号の説明

１１…前面基板、 １２…背面基板、 １５…蛍光面、 １７…遮光層、
１８…電子放出素子、 ２０…メタルバック層、 Ｒ、Ｇ、Ｂ…蛍光体層、
３０…凹所、 ３２…凸部

Claims (7)

1. 内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備え、
   前記第１基板は、少なくとも前記蛍光体層が形成された箇所の表面が凹凸形状に形成され、その表面粗度がＲａ０．３μｍ乃至１０μｍである平面表示装置。
2. 内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備え、
   前記第１基板の内面に複数の凹部が形成され、１つの蛍光体画素に対して凹部が少なくとも１つ以上存在している平面表示装置。
3. 前記蛍光体層は、前記第１基板の凹部に沿って、前記第１基板の凹形状中央部分が凹んだ形状に形成されている請求項２に記載の平面表示装置。
4. 内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備え、
   前記第１基板の内面に複数の凸部が形成され、１つの蛍光体画素に対して凸部が少なくとも１つ以上存在している平面表示装置。
5. 前記蛍光体層は、第１基板の凸形状に沿って、第１基板の凸形状中央部分がその周囲よりも盛り上がった形状となって形成されている請求項４の平面表示装置。
6. 内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備えた平面表示装置の製造方法において、
   前記第１基板内面に内、少なくとも蛍光層を形成する領域に凹凸を形成し、その表面粗度をＲａ０．３μｍ乃至１０μｍとし、
   前記第１基板の内面上に感光性の蛍光体層を形成し、
   前記第１基板の蛍光体層形成面の裏面側からマスクパターンを介して前記蛍光体層を露光し、
   前記露光された蛍光体層を現像することを特徴とする平面表示装置の製造方法。
7. 内面に蛍光体層およびメタルバック層が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられたスペーサと、を備えた平面表示装置の製造方法において、
   前記第１基板内面に内、少なくとも蛍光層を形成する領域に凹或いは凸部を少なくとも１画素中１つ以上形成し、
   前記第１基板の内面上に感光性の蛍光体層を形成し、
   前記第１基板の蛍光体層形成面の裏面側からマスクパターンを介して前記蛍光体層を露光し、
   前記露光された蛍光体層を現像することを特徴とする平面表示装置の製造方法。

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