JP2007234468A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電界分布の変動を抑制し、表示品位の向上した平面表示装置を提供する。
【解決手段】平面表示装置は、画像表示面が形成された第１基板１１、およびこの第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板１２を有した外囲器１０と、外囲器内で第２基板上に設けられ画像表示面を励起する複数の電子放出源１８と、外囲器内で第１基板および第２基板の間に設けられ、第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサ１４と、を有している。各スペーサは、Ｓｉを１０〜２０％、Ｃを１５〜２５％、Ｏを３５〜４５％、Ａｕを２０〜３０％の原子量割合で混合した被覆材料で形成された被膜４０により被覆されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、対向配置された基板と、基板間に配設されたスペーサとを備えた平面表示装置に関する。

近年、軽量、薄型の表示装置として様々な平面型の画像表示装置が注目されている。例えば、平面表示装置として機能するフィールド・エミッション・デバイス（以下、ＦＥＤと称する）の一種として、表面伝導型電子放出装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。

このＳＥＤは、所定の間隔をおいて対向配置された第１基板および第２基板を備え、これらの基板は矩形状の側壁を介して周辺部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。第１基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、第２基板の内面には、蛍光体を励起する電子源として、各画素に対応する多数の電子放出素子が配列されている。

ＳＥＤにおいて、第１基板および第２基板間の空間、すなわち真空外囲器内は、高い真空度に維持されることが重要となる。真空度が低い場合、電子放出素子の寿命、ひいては、装置の寿命が低下してしまう。また、第１基板および第２基板間に作用する大気圧荷重を支持し基板間の隙間を維持するため、両基板間には、多数の板状あるいは柱状のスペーサが配置されている（例えば、特許文献１）。画像を表示する場合、蛍光体層にアノード電圧が印加され、電子放出素子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体層へ衝突させることにより、蛍光体が発光して画像を表示する。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、アノード電圧を数ｋＶ以上望ましくは５ｋＶ以上に設定することが必要となる。
特開２００１−２７２９２６号公報

上記構成のＳＥＤにおいて、高い加速電圧を持った電子が蛍光面に衝突した際、蛍光面で２次電子および反射電子が発生する。第１基板と第２基板との間の空間が狭い場合、蛍光面で発生した２次電子および反射電子が、基板間に配設されたスペーサに衝突し、その結果、スペーサが帯電する。ＳＥＤにおける加速電圧では、通常、スペーサは正に帯電する。この場合、電子放出素子から放出された電子ビームはスペーサに引き付けられ、本来の軌道からずれてしまう。その結果、蛍光体層に対して電子ビームのミスランディングが発生し、表示画像の色純度が劣化するという問題がある。

このようなスペーサの帯電を抑制するため、スペーサ表面に表面抵抗率が１×１０ ⁸ないし１×１０¹²Ω／□程度の被膜をコーティングしたものが提案されている。しかしながら、表示装置を駆動し、電子ビームが第１基板に照射されると、第１基板の温度が上昇する。その影響で、各スペーサの第１基板側に位置した部分の温度が上昇し、スペーサの第２基板側の部分と温度差が生じる。このような温度差により、スペーサの表面抵抗率が変化し、その結果、スペーサ周辺の電界分布が変化してしまう。

電界分布が変化すると、電子放出素子から蛍光体層に向けて放出された電子ビームの挙動に影響を与える。その結果、蛍光体層に対して電子ビームのミスランディングが発生し、表示画像の色純度が劣化する。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、電界分布の変動を抑制し、表示品位の向上した平面表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、この発明の態様に係る平面表示装置は、画像表示面が形成された第１基板、およびこの第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板を有した外囲器と、前記外囲器内で前記第２基板上に設けられ前記画像表示面を励起する複数の電子放出源と、前記外囲器内で前記第１基板および第２基板の間に設けられ、前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、前記各スペーサは、Ｓｉを１０〜２０％、Ｃを１５〜２５％、Ｏを３５〜４５％、Ａｕを２０〜３０％の原子量割合で混合した被覆材料で形成された被膜により被覆されている。

この発明の他の態様に係る平面表示装置は、画像表示面が形成された第１基板、およびこの第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板を有した外囲器と、前記外囲器内で前記第２基板上に設けられ前記画像表示面を励起する複数の電子放出源と、前記外囲器内で前記第１基板および第２基板の間に設けられ、前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、
前記各スペーサは、温度抵抗係数αの絶対値が２０℃〜７０℃の範囲において２０００〜１００００ｐｐｍであるスペーサ被覆材料によって被覆され、温度抵抗係数αは、ある温度Ｔにおける抵抗値をＲ（Ｔ）、基準となる温度Ｔ０における抵抗値をＲ０とした場合、α＝｛Ｒ（Ｔ）／Ｒ０−１｝／（Ｔ−Ｔ０）である。

この発明によれば、スペーサ表面を温度抵抗係数αの小さい被膜で被覆することにより、第１基板の温度が上昇してもスペーサの表面抵抗率は変化しにくくなる。そのため、電界分布の変動を抑制し、電子ビームの挙動に影響を与えにくくなるので、表示品位の向上した平面表示装置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、平面表示装置としてＳＥＤに適用した第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（第１基板）、および背面基板１２（第２基板）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。

図２および図３に示すように、前面基板１１の内面には画像表示面として機能する蛍光面１５が形成されている。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および遮光層１７を有している。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。

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。

図２に示すように、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、多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。各スペーサ１４の一側縁は前面基板１１の内面に当接し、他側縁は背面基板１２の内面に当接している。

図４に示すように、スペーサ１４は、ガラス等の絶縁材料により形成されている。各スペーサ１４の外面は、温度抵抗係数αが小さいスペーサ被覆材料で形成された被膜４０によって被覆されている。スペーサ被覆材料としては、例えば、Ｓｉを１０〜２０％、Ｃを１５〜２５％、Ｏを３５〜４５％、Ａｕを２０〜３０％の原子量割合で混合した複合材料が用いられている。被膜４０が形成された状態において、各スペーサ１４の表面抵抗率は、１×１０ ⁸Ω／□〜１×１０¹¹Ω／□となっている。

被膜４０の温度抵抗係数αは、ある温度Ｔにおける抵抗値をＲ（Ｔ）、基準となる温度Ｔ０における抵抗値をＲ０とした場合、α＝｛Ｒ（Ｔ）／Ｒ０−１｝／（Ｔ−Ｔ０）である。被膜４０は、温度抵抗係数αの絶対値が２０℃〜７０℃の範囲において２０００〜１００００ｐｐｍに形成されている。

上記構成のＳＥＤ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。

以上のように構成されたＳＥＤによれば、スペーサ１４表面に温度抵抗係数αの小さい被膜４０を被覆することにより、電子ビームの衝突により前面基板１１の基板温度が上昇し、スペーサの前面基板側に位置した部分と、スペーサの背面基板側の部分とで温度差が生じた場合でも、スペーサの表面抵抗率の変化を抑制することができる。そのため、温度変化に起因するスペーサ周辺の電界分布変化を抑制し、電子ビームの挙動変化を防止することが可能となる。その結果、蛍光体層に対する電子ビームのミスランディングをなくし、表示画像の色純度を向上することができる。これにより、表示品位の向上したＳＥＤが得られる。

（実施例）
前面基板１１および背面基板１２に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ１４として、珪酸酸ガラスで形成されたスペーサを用いた。スペーサ１４の表面にスパッタ法を用いてＡｕＳｉＯＣ材料をコーティングし、被膜４０を形成した。スパッタには、ＲＦ電源を使用し、ＳｉＣターゲット上にＡｕの金属タブレットを置く方法で実施した。

ＳｉＣとＡｕとの面積割合（Ａｕ／ＳｉＣ）は１４％とした。スパッタ前の到達真空度は２×１０^-3Ｐａとし、Ａｒ投入量を２５cssm、パワーは３５０Ｗで１０分間スパッタを行った。これにより、スペーサ１４の表面に被膜４０を形成した。得られた被膜４０の表面抵抗率は２．７×１０ ⁸Ω/□（３０℃）であり、２０〜７０℃での温度抵抗係数αは−５４００ｐｐｍであった。

図５は、被膜４０におけるＡｕの原子量割合と、表面抵抗率および温度抵抗係数αとの関係を示している。この図から分かるように、Ａｕタブレットの占有面積が増加すると被膜の温度抵抗係数は小さくなり、表面抵抗率も小さくなる傾向にある。例えば、Ａｕタブレットの占有面積が１４％の時に成膜した被膜４０の組成は下記の通りとなる。
Ａｕ：２４％、 Ｓｉ：１４％、 Ｏ：３９％、 Ｃ：２０％
このように、Ａｕの原子量割合が多いとスペーサの表面抵抗率が小さくなりすぎて表示装置に適用できず、逆に、Ａｕの原子量割合が少ないと温度抵抗係数αの値が大きくなる傾向があり適用することが難しくなる。被膜４０の表面抵抗率は１×１０ ⁸Ω/□以上が望ましい。

そこで、前述したように、被膜４０は、Ｓｉを１０〜２０％、Ｃを１５〜２５％、Ｏを３５〜４５％、Ａｕを２０〜３０％の原子量割合で混合した複合材料が用いられている。被膜４０が形成された状態において、各スペーサ１４の表面抵抗率は、１×１０ ⁸Ω／□〜１×１０¹¹Ω／□となっている。被膜４０の温度抵抗係数αは、２０℃〜７０℃の範囲において２０００〜１００００ｐｐｍとしている。

前述した第１の実施形態において、スペーサ１４は板状としたが、これに限らず、柱状のスペーサとしてもよい。図６に示すように、第２の実施形態に係るＳＥＤによれば、前面基板１１と背面基板１２との間には複数の柱状のスペーサ１４が設けられ、複数行および複数列に並んで配列されている。各スペーサ１４は、その一端が前面基板１１に当接し、他端が背面基板１２に当接している。各スペーサ１４は、直接、前面基板１１に当接していてもよいが、ここでは、スペーサを支持した支持基板２４を介して前面基板に当接している。各スペーサ１４は、例えばガラスにより形成され、その表面は、被膜４０により被覆されている。

被膜４０は、Ｓｉを１０〜２０％、Ｃを１５〜２５％、Ｏを３５〜４５％、Ａｕを２０〜３０％の原子量割合で混合した複合材料が用いられている。被膜４０が形成された状態において、各スペーサ１４の表面抵抗率は、１×１０ ⁸Ω／□〜１×１０¹¹Ω／□となっている。被膜４０の温度抵抗係数αは、２０℃〜７０℃の範囲において２０００〜１００００ｐｐｍとしている。

第２の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、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は省略する。そして、第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上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、上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。

スペーサ、その他の構成要素の寸法、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に沿って破断した前記ＳＥＤの断面図。 図３は、前記ＳＥＤの蛍光面を示す平面図。 図４は、前記ＳＥＤの一部を拡大して示す断面図。 図５は、スペーサの被膜におけるＡｕの原子量割合と、表面抵抗率および温度抵抗係数αとの関係を示す図。 図６は、この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤを破断して示す斜視図。

符号の説明

１０…真空外囲器、 １１…前面基板、 １２…背面基板、 １３…側壁、
１４…スペーサ、 １５…蛍光面、 １８…電子放出素子、 ４０…被膜、
Ｒ、Ｇ、Ｂ…蛍光体層

Claims (3)

1. 画像表示面が形成された第１基板、およびこの第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板を有した外囲器と、
   前記外囲器内で前記第２基板上に設けられ前記画像表示面を励起する複数の電子放出源と、
   前記外囲器内で前記第１基板および第２基板の間に設けられ、前記第１基板および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、
   前記各スペーサは、Ｓｉを１０〜２０％、Ｃを１５〜２５％、Ｏを３５〜４５％、Ａｕを２０〜３０％の原子量割合で混合した被覆材料で形成された被膜により被覆されている平面表示装置。
2. 画像表示面が形成された第１基板、およびこの第１基板に隙間を置いて対向配置された第２基板を有した外囲器と、
   前記外囲器内で前記第２基板上に設けられ前記画像表示面を励起する複数の電子放出源と、
   前記外囲器内で前記第１基板および第２基板の間に設けられ、前記第１基板および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、
   前記各スペーサは、温度抵抗係数αの絶対値が２０℃〜７０℃の範囲において２０００〜１００００ｐｐｍであるスペーサ被覆材料によって被覆され、
   温度抵抗係数αは、ある温度Ｔにおける抵抗値をＲ（Ｔ）、基準となる温度Ｔ０における抵抗値をＲ０とした場合、
   α＝｛Ｒ（Ｔ）／Ｒ０−１｝／（Ｔ−Ｔ０）
   である平面表示装置。
3. 前記各スペーサは、表面抵抗率が１×１０ ⁸ないし１×１０¹¹Ω／□である請求項１又は２に記載の表面表示装置。

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