JP2007324041A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カソード基板の配線の溝部にスペーサ端部を設置した構造が、配線に溝加工を施さなくても容易に得られるようにし、かつ、電子ビーム偏向量の低減効果が発現されるようにした画像表示装置を提供する。
【解決手段】冷陰極素子と信号線及び走査線が形成されたカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されたアノード基板と、前記カソード基板の前記走査線と前記アノード基板の前記ブラックマトリクスの間に配置され両基板を支持するスペーサとを具備する画像表示装置において、走査線を少なくとも金属粒子とバナジウム酸化物を含むガラスにより形成し、かつ、スペーサのカソード側端部を走査線に食い込ませる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子源を備えた画像表示装置に関する。

近年、情報処理装置或いはテレビジョン放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性を有すると共に軽量、省スペース化が図れることから、平面型画像表示装置（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）への関心が高まっている。この平面型画像表示装置の代表的なものが液晶表示装置やプラズマ表示装置であり、また、最近注目されているフィールドエミッションディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＦＥＤと称する）である。

ＦＥＤは冷陰極素子の電子放出素子をマトリクス状に配置した電子源を有する自発光型の表示装置である。電子放出素子としては、表面伝導型放出素子（ＳＥＤ型）、電界放出型素子（ＦＥ型）、金属／絶縁膜／金属型放出素子（ＭＩＭ型）などが知られている。また、ＦＥ型では、モリブデン等の金属或いはシリコン等の半導体物質で作られたスピン型や、カーボンナノチューブを電子源とするＣＮＴ型などが知られている。

ＦＥＤでは、電子源が形成された背面パネルと、電子源から放出された電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された前面パネルとの間に空間部を形成して、ここを真空にする必要がある。真空に保たれた空間部が大気圧に耐えられるようにするために、パネル間にはスペーサと呼ばれる支持部材が配置される。

ＦＥＤには、電子源から放出された電子によってスペーサが帯電し、これにより電子ビームの軌道にずれが生じて、画質が低下するという問題が発生しやすい。スペーサの帯電を防止するために、通常、スペーサ表面に微小電流が流すことが行なわれており、その一方法としてスペーサ表面に高抵抗膜を形成することが知られている(特許文献１参照)。

特開平10-302684号公報

特許文献１では、冷陰極素子に形成された配線に溝部を形成し、この溝部で高抵抗膜を形成したスペーサを配線と接続する方法がとられている。配線に溝部を形成して、この溝部でスペーサを接続することによってスペーサの位置ずれを防止でき、結果として、スペーサと冷陰極素子間の距離が部分的に近づくのを防止し、画像の歪みが拡大されるのを抑制できることが記載されている。また、スペーサが帯電していると、冷陰極素子から放出された電子を加速するために高電圧が印加された際に放電が誘発されるおそれがあり、スペーサの位置ずれによりスペーサと冷陰極素子間の距離が部分的に近づくと、放電時に冷陰極素子に与えるダメージを大きくなるが、この問題も防止できることが記載されている。特許文献１には、溝部を形成する方法としてスクリーン印刷法が記載されている。

本発明の目的は、カソード基板の配線の溝部にスペーサ端部を設置したのと同様の構造が、配線に溝加工を施さなくても容易に得られるようにし、かつ、電子ビームの偏向量を低減する効果が発現されるようにした画像表示装置を提供することにある。

本発明は、冷陰極素子と信号線及び走査線が形成されたカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されたアノード基板と、前記カソード基板の前記走査線と前記アノード基板の前記ブラックマトリクスの間に配置され両基板を支持するスペーサとを具備する画像表示装置において、前記走査線が少なくとも金属粒子とバナジウム酸化物を含むガラスにより形成され、前記スペーサのカソード側端部が前記走査線に食い込んでいることを特徴とする。

また、本発明は、前記画像表示装置において、走査線に接触するスペーサの端部に、さらに金属膜または遷移金属酸化物膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前述の画像表示装置において、カソード基板に形成された走査線とスペーサが導電性接着剤により接着され、その導電性接着層が走査線の上面よりも低位置に存在することを特徴とする。

本発明の画像表示装置は、走査線にスペーサを押し込むだけで、走査線に溝を形成することが可能であり、その溝部でスペーサを走査線と接続することができる。走査線に溝加工を施す必要が無いことからスペーサの組み立て性が優れる。また、スペーサの位置ずれを防止できるので、電子ビームの偏向量を低減できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、以下に述べる形態に限定されるものではない。

図１は、カソード基板に形成された走査線の溝部にスペーサのカソード側端部が食い込んでいる状態を模式的に示した概略図である。図２は、本発明の一実施例として、電界放出型画像表示装置を示したものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における概略断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面の詳細構造を示した模式図であり、図４は図３の一部を拡大して示した断面図である。図５は電界放出型画像表示装置の全体構造を斜視図で示したものであり、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図７は、本実施例の電界放出型画像表示装置における一画素の構成例を模式図で示したものである。図８は等価回路例を説明する図である。

まず、図２〜８を用いて、電界放出型画像表示装置の構造と原理を説明する。背面パネル２０１は、パネルの基材であるカソード基板２１１の内面側に信号線（データ線、カソード電極線）２１２と走査線（ゲート電極線）２１３を有しており、この信号線と走査線の交差部近傍に電子源２１４が形成されている。電子源２１４は冷陰極素子の電子放出素子がマトリクス状に配置されたものである。走査線２１３の端部には図５に示したように走査線引き出し線２１６が形成され、信号線２１２の端部には、図５及び図６に示したように信号線引き出し線２１７が形成されている。

前面パネル２０２は、パネルの基材であるアノード基板２２１の内面側にブラックマトリクス（遮光膜）２２２と、アノード（メタルバック）２２３及び蛍光体層２２４等を有している。

カソード基板２１１とアノード基板２２１の内周縁部には封止枠（枠ガラス）２０３が設けられ、この封止枠とカソード基板及びアノード基板が封着剤により接着され、封止接着層２０４が形成されている。これによって、背面パネルと前面パネルの間に空間部分が形成される。この空間部分は通常、１０^−５〜１０^−７Ｔｏｒｒの圧力の真空雰囲気に保持され、表示領域２０７となる。表示領域２０７を真空雰囲気に保持するために、図５及び図６に示したように背面パネル２０１の一部に排気管２０８が接続される。

スペーサ１０１は、図３及び図４に詳細構造を示したようにカソード基板２１１の内面に形成された走査線２１３とアノード基板２２１の内面に形成されたブラックマトリクス（遮光膜）２２２との間に設置され、導電性接着剤によって接着される。導電性接着層１１５の材料はフリットガラスが好適である。なお、図２〜６では、走査線２１３に沿って三枚のスペーサが配置されているが、これは一例であって、例えば一枚の長いスペーサを配置してもよい。

カソード基板２１１の材料は、ガラス又はアルミナ等のセラミックスが好適であり、アノード基板２２１の材料は透明なガラスが好適である。通常はカソード基板にガラス板が用いられる。また、通常、カソード基板とアノード基板との内周縁部の間隔は３〜５ｍｍ程度に保たれる。

図７は、一画素の構成例を模式図で示したものである。背面パネル２０１において、カソード基板２１１の主面（内側表面）には、アルミニウム膜を好適とする電子源の下部電極を構成する信号線２１２、下部電極のアルミニウムを陽極酸化した陽極酸化膜からなる第一の絶縁膜２７１、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を好適とする第二の絶縁膜２７２、給電電極(接続電極)２７４、走査線２１３、走査線２１３に接続された画素の電子源を構成する上部電極２７５が形成されている。

電子源２１４は、信号線２１２を下部電極とし、下部電極の上に位置する第一の絶縁膜２７１の一部を形成する薄膜部分２７３と、この薄膜部分２７３の上層に積層される上部電極２７５の部分とで構成される。上部電極２７５は、走査線２１３と給電電極２７４の一部とを覆って形成されている。薄膜部分２７３は、所謂トンネル膜である。この構成で、所謂ダイオード電子源が形成される。

一方、前面パネル２０２において、透明なガラス基板を好適とするアノード基板２２１の主面には、ブラックマトリクス（遮光膜）２２２で隣接画素と区画された蛍光体層２２４、アルミニウム蒸着膜を好適とするアノード２２３が形成されている。背面パネル２０１と前面パネル２０２の間にはスペーサ１０１が配置されている。

このように構成された平面型画像表示装置において、背面パネル２０１の上部電極２７５と前面パネル２０２のアノード２２３との間に加速電圧（アノード電圧）を印加すると、下部電極である信号線２１２に供給される表示データの大きさに応じた電子ｅ⁻が出射し、加速電圧によって蛍光体層２２４に衝突し、これを励起して所定周波数の光２５０を前面パネル２０２の外部に出射する。なお、フルカラー表示の場合には、この単位画素はカラーの副画素（サブピクセル）であり、通常は赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三つの副画素で一つのカラー画素（カラーピクセル）が構成される。

図８は本実施例の画像表示装置の等価回路例を説明する図である。図８において破線で示された領域は表示領域２０７であり、この表示領域２０７にｎ本の信号線２１２とｍ本の走査線２１３が互いに交差して配置され、ｎ×ｍのマトリクスが形成されている。マトリクスの各交差部は副画素を構成し、図中の三つの単位画素（或いは、副画素）すなわちＲ，Ｇ，Ｂの１グループで、カラー１画素を構成する。信号線２１２は、信号線引き出し線２１６によって画像信号駆動回路２８１に接続され、走査線２１３は走査線引き出し線２１７によって走査信号駆動回路２８２に接続されている。画像信号駆動回路２８１には外部信号源から画像信号ＮＳが入力され、走査信号駆動回路２８２には同様に走査信号ＳＳが入力される。

これにより、順次選択される走査線２１３に交差する信号線２１２に画像信号を供給することで、二次元のフルカラー画像を表示することができる。

本実施例の画像表示装置において、スペーサ１０１のカソード側端部は、図１に示すように、走査線２１３の内部に食い込み、走査線２１３と導電性接着層１１５を介して接続されている。図１において、カソード基板２１１からスペーサ端部までの高さｈ１は、走査線２１３の高さｈ２よりも低くし、スペーサ端部の位置が走査線の上面よりも低くなるようにする。スペーサのカソード側端部が走査線よりも上方にあり、接着層で覆われていない場合には、スペーサ近傍の冷陰極素子から放出された電子がスペーサ側に引き寄せられ、また、放電が誘発されてスペーサ近傍の冷陰極素子がダメージを受け易くなる。しかし、走査線に溝を設けて、この溝部分でスペーサ端部を接続することにより、上記の問題を解決でき、電子ビームの偏向量を低減し、また、放電が誘発されにくいようにすることができる。上記の効果を高めるために、導電性接着層１１５の高さｈ３も、走査線の高さｈ２より低くした方がよい。

本発明では、走査線が少なくとも金属粒子とバナジウム酸化物を含むガラスにより形成されている。これにより、スクリーン印刷法等で溝加工を施さなくても、低温で走査線にスペーサを押し込むだけで、走査線に深い溝を形成することができ、スペーサ端部を走査線に食い込ませることができる。また、従来の走査線材料に比べて金属粒子の量を少なくできるので、スペーサを押し込んだときに金属粒子の影響によりスペーサの位置がずれるのを防止でき、スペーサを走査線の所定の位置に傾きを生ずることなく直立させて設置することができる。

従来は、走査線が主に電子絶縁性の酸化鉛系ガラスに金属粒子とセラミックス粒子を分散させたもので作られていた。この材料は、電子絶縁性の酸化鉛系ガラスをベースにしているため、導通性を確保するために多量の金属粒子を含有させなければならず、結果として熱膨張が大きくなり、熱膨張を抑えるために低熱膨張のセラミックス粒子を含有させている。このように多量の金属粒子とセラミックス粒子を含むので、走査線の内部までスペーサを押し込もうとしても、硬い金属粒子とセラミックス粒子がスペーサの行く手を妨害し、深い溝を形成することができない。また、金属粒子及びセラミックス粒子により、スペーサの位置がずれやすく、スペーサを所定の位置に設置することができない。この点について図１を用いて説明すると、カソード基板からスペーサのカソード側端部までの高さを仮にｈ１とする必要があったときに、スペーサが配置されている方向すなわち長手方向の両端部で、いずれもｈ１の高さを確保することは難しい。また、スペーサの厚み方向すなわち横方向全体にわたってｈ１の高さを確保することも難しい。この結果、スペーサがどちらかに傾いて配置されるようになり、スペーサ近傍の電子ビームの軌道が、スペーサの全領域で一定でなくなる。また、スペーサを挟んで両面の電子ビームの軌道も異なるようになる。これらが原因となって、電子ビームの偏向量を一様に低減させることができなくなる。

これに対して、バナジウム酸化物を主成分とするガラスに金属粒子を含有したもので走査線を形成したものは、ガラス自身が電子伝導性を有するために、金属粒子の含有量を少なくすることができる。このため、走査線にスペーサを押し込んだときに、金属粒子がスペーサの押し込みを妨害することが非常に少なくなり、スペーサを走査線に食い込ませ、且つ、所定の位置に直立させて設置することが可能になる。このように、走査線に溝加工を施さずに、スペーサを押し込むだけで走査線の内部まで食い込ませることができ、スペーサの組み立て性に優れる。また、スペーサは厚みが薄いことから、スペーサの強度を最大限に発揮させてパネルを大気圧に耐えるようにするためには、スペーサを直立させて設置することが望ましいが、本発明では、容易にスペーサを直立させることができ、この点でも優れる。また、電子ビームの偏向量がスペーサの全域で均等に低減されるようにするには、スペーサを押し込んだときにできる溝の左右で、走査線が左右対称形状になることが好ましいが、本発明ではスペーサが位置ずれを生じることなく所定の位置に設置されるので、このような左右対称の形状を容易に得ることができる。なお、本発明の走査線は、ガラス粉末、金属粒子、バインダー及び溶剤からなる厚膜ペーストを印刷、焼成することで、形成することが可能である。

本発明において、走査線の材料には、さらにフィラーとしてセラッミクス粒子を含有させることができる。低熱膨張であるセラミックス粒子を含有することによって、熱膨張の増大が抑制される。ただし、セラミックス粒子の含有に当たっては、スペーサの押し込みに妨害を及ぼさないように、その含有量に注意を払うことが望ましい。

スペーサのカソード側端部は、走査線に５μｍ以上の深さで食い込ませることが望ましい。これにより、スペーサを走査線に強固に固定し、導通性を確保することができる。酸化鉛系ガラスを走査線材料に用いた場合には、金属粒子及びセラミックス粒子を多量に含むために、低温での焼結性、流動性が悪く、スペーサを走査線に５μｍ以上の深さで食い込ませることは困難に近いが、本発明では、これが可能になる。

走査線の材料は、バナジウム酸化物を主成分とするリン酸ガラスよりなることが好ましく、これにより良好な低融性と電子伝導性を確保できる。このリン酸ガラスには、さらに酸化バリウムと酸化アンチモン及び酸化テルルから選ばれた少なくとも１種を含有することが望ましく、酸化バリウムと酸化テルルを含有することでガラスの結晶化を抑制し、酸化アンチモンを含有することで耐水性等の化学的安定性を高めることができる。また、環境に配慮して、走査線の材料には鉛酸化物を含有させないか、或いは、含有させても痕跡程度の量に留めて、実質的に鉛酸化物を含有しないようにすることが望ましい。

走査線の材料に含まれる金属粒子は、導電性を付与することが主要な目的であることから、その効果を高めるために、貴金属粒子、貴金属が被覆されている遷移金属粒子、遷移金属が被覆されている貴金属粒子、または酸化物が被覆されている貴金属粒子として含有させることが望ましい。

また、スペーサの材料には、タングステン酸化物とバナジウム酸化物とモリブデン酸化物とバリウム酸化物及びリン酸化物を含むＷ−Ｖ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラスを用いることが望ましい。スペーサの材料にＷ−Ｖ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラスを用い、走査線の材料にバナジウム酸化物系ガラスを用いた場合に、極めて良好な接着強度が得られる。また、スペーサのカソード側端部には金属膜或いは遷移金属酸化物膜を形成しておくことが望ましく、これにより、走査線との導通性が良好となり、電子ビームの偏向量を低減できる。

本発明の画像表示装置は、電子ビームの偏向が少なく、結果としてスペーサの熱暴走が抑えられることから、アノードに１０ｋＶ以上、１５ｋＶ程度までの高電圧を印加できるようになり、高輝度化に貢献できる。

カソード基板に形成された走査線の溝部にスペーサのカソード側端部が食い込んでいる状態を模式的に示した概略図。 本発明の実施例による画像表示装置の全体構造を示したものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図。 本発明の実施例による画像表示装置を正面から見た断面図。 本発明の実施例による画像表示装置の一部分を詳細に示した断面図。 本発明の実施例による画像表示装置の全体構造を一部破断して示した斜視図。 図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図。 本発明の実施例による画像表示装置における一画素の構成例を示した模式図。 本発明の実施例による画像表示装置の等価回路例を説明するための図。

符号の説明

１０１…スペーサ、１１５…導電性接着層、２０１…背面パネル、２０２…前面パネル、２０３…封止枠、２０４…封止接着層、２１１…カソード基板、２１２…信号線、２１３…走査線、２１４…電子源、２０７…表示領域、２２１…アノード基板、２２２…ブラックマトリクス（遮光膜）、２２３…アノード、２２４…蛍光体層。

Claims (11)

1. 冷陰極素子と信号線及び走査線が形成されたカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されたアノード基板と、前記カソード基板の前記走査線と前記アノード基板の前記ブラックマトリクスの間に配置され両基板を支持するスペーサとを具備する画像表示装置において、前記走査線が少なくとも金属粒子とバナジウム酸化物を含むガラスにより形成され、前記スペーサのカソード側端部が前記走査線に食い込んでいることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１において、前記走査線の材料にさらにフィラーとしてセラッミクス粒子が含まれていることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１において、前記スペーサのカソード側端部が前記走査線に５μｍ以上食い込んでいることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１において、前記走査線を形成しているガラスがバナジウム酸化物を主成分とするリン酸ガラスよりなることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項４において、前記リン酸ガラスに、酸化バリウムと酸化アンチモン及び酸化テルルから選ばれた少なくとも１種が含まれていることを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１において、前記走査線を形成しているガラスが実質的に鉛酸化物を含まないことを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１において、前記走査線の材料に含まれている前記金属粒子が貴金属粒子、貴金属が被覆されている遷移金属粒子、遷移金属が被覆されている貴金属粒子、または酸化物が被覆されている貴金属粒子から選ばれた１種よりなることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項１において、前記スペーサがタングステン酸化物とバナジウム酸化物とモリブデン酸化物とバリウム酸化物及びリン酸化物を含むＷ−Ｖ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラスにより形成されていることを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項１において、アノード電圧が１０〜１５ｋＶであることを特徴とする画像表示装置。
10. 冷陰極素子と信号線及び走査線が形成されたカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されたアノード基板と、前記カソード基板の前記走査線と前記アノード基板の前記ブラックマトリクスの間に配置され両基板を支持するスペーサとを具備する画像表示装置において、前記走査線の材料が少なくとも金属粒子とバナジウム酸化物を含むガラスよりなり、その走査線に接触する前記スペーサの端部に金属膜または遷移金属酸化物膜が形成され、前記スペーサのカソード側端部が前記走査線に食い込んでいることを特徴とする画像表示装置。
11. 冷陰極素子と信号線及び走査線が形成されたカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されたアノード基板と、前記カソード基板の前記走査線と前記アノード基板の前記ブラックマトリクスの間に配置され両基板を支持するスペーサとを具備する画像表示装置において、前記走査線が少なくとも金属粒子とバナジウム酸化物を含むガラスにより形成され、前記スペーサのカソード側端部が前記走査線に食い込み、前記スペーサと前記カソード基板を接着する導電性接着層が前記走査線の上面よりも低位置にあることを特徴とする画像表示装置。

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