JP2008016253A - 画像表示装置および画像表示装置用スペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】電子ビーム挙動のばらつきを低減し、画質向上が図れるようにした画像表示装置とそれに使用されるスペーサを提供する。
【解決手段】冷陰極素子と信号線及び走査線が形成されているカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されているアノード基板と、カソード基板の走査線とアノード基板の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を備え、スペーサが走査線及びブラックマトリクスと低融点ガラス接着剤により接着されている画像表示装置において、スペーサのカソード基板側の端面部分に遷移金属酸化物膜を電極として設け、この遷移金属酸化物膜を露出させることなく低融点ガラス接着剤で覆うようにする。電子ビーム挙動のばらつきが低減され、電子ビーム偏向量が低減され、高輝度、高精細な画質が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空中へ電子を放出させ、電子の衝突により蛍光体を発光させて画像を形成する画像表示装置に係る。特に冷陰極素子を有するカソード基板と、蛍光体を有するアノード基板とをスペーサを介して対向配置した構造を有する平面型画像表示装置と、それに使用されるスペーサに関する。

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を設けて、この部分を真空雰囲気に保つ必要がある。このために、背面パネルと前面パネルの内周縁部分に封止枠が設けられる。また、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、両パネル間にスペーサと呼ばれる支持部材が配置される。

このスペーサとして、表面に高抵抗膜を有し、電子源に対向配置する領域に低抵抗膜を有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開2000-173510号公報

電子源を用いた平面型画像表示装置は、通常、電子源とアノードとの間の電位差が３〜１０ｋＶ程度となるように、アノードに電圧が印加される。この印加電圧が高いほど、パネルの高輝度化と長寿命化を図れるが、一方で背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサが帯電しやすくなる。スペーサが帯電すると、カソードからアノードに飛行する電子ビームがスペーサ側に引き寄せられる、或いは、反発してスペーサから遠ざかるという現象が起こる。この結果、明るさが変わり、スペーサの影が画面に表示されるようになって、画質が悪くなるという問題が生じる。また、放電が起こりやすくなり、カソードや他の構造部品が破壊される恐れもある。

スペーサの帯電を防ぐには、スペーサに或る程度の導電性を付与して微小電流を流すことが必要であり、そのための手段として、特許文献１に見られるように、基材の表面に高抵抗膜を設けること等が行なわれている。特許文献１では、スペーサの表面に更に駆動用配線と接触する領域をつなぐように低抵抗な膜を形成し、スペーサ表面に発生した沿面放電による過大電流を、複数の駆動用配線に逃すことができるようにしている。

本発明の目的は、電子ビーム挙動のばらつきを低減し、画質向上が図れるようにした画像表示装置とそれに使用されるスペーサ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ているカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスが形成されているアノード基板と、カソード基板の走査線とアノード基板の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を備え、スペーサが走査線及びブラックマトリクスと低融点ガラス接着剤により接着されている画像表示装置において、スペーサのカソード基板側の端面部分に遷移金属酸化物膜を電極として有し、この遷移金属酸化物膜が露出することなく低融点ガラス接着剤により覆われていることを特徴とする。

また、本発明は、冷陰極素子と信号線及び走査線を有するカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスを有するアノード基板と、カソード基板の走査線とアノード基板の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を備え、スペーサが走査線及びブラックマトリクスと低融点ガラス接着剤により接着されている画像表示装置におけるスペーサであって、カソード基板側の端面部分に遷移金属酸化物膜を電極として有し、遷移金属酸化物膜が露出することなく低融点ガラス接着剤により覆われることを特徴とする。

本発明の画像表示装置は、スペーサの走査線側端面に遷移金属酸化物膜を有し、且つ、膜の表面が露出することなく低融点ガラス接着剤で覆われているので、電子ビームが直進性を有するようになり、ビーム挙動のばらつきが低減され、電子ビーム偏向量が均等に低減されるようになって、画質が向上する。

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、平面型画像表示装置に使用される本発明のスペーサの構成を示した概略図である。図２は、本発明のスペーサを備えた平面型画像表示装置の一例として、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、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１に示すように、スペーサ１０１は、カソード基板２１１と接合される側の端面部分に遷移金属酸化物膜１１０を有する。この遷移金属酸化物膜は端部電極として働く。スペーサ１０１はカソード基板に形成されている走査線２１３及びアノード基板２２１に形成されているブラックマトリクスと低融点ガラス接着剤により接着されている。図１では、カソード基板２１１側の低融点ガラス接着層１１５は図示したが、アノード基板側の低融点ガラス接着層とブッラクマトリクスは図示するのを省略した。遷移金属酸化物膜１１０は露出することなく、低融点ガラス接着層１１５で覆われている。遷移金属酸化物膜を表面に露出させないことが極めて重要である。

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。なお、図２〜図６ではスペーサ１０１の構造を簡略化して一枚の板の形で示したが、実際には図１のように構成されている。

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、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、低融点ガラス接着剤によって接着される。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良い。なお、低融点ガラス接着剤は、接着される部品の構成材料、ここでは、少なくともスペーサとブラックマトリクス及び走査線の構成材料よりも低融点であることから、このように称している。

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、２〜５ｍｍ程度に保たれる。

図７は、本実施例の平面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。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、クロムを好適とする走査線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は本実施例の平面型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。

本実施例の平面型画像表示装置において、スペーサは電子放出素子からの電子の作用により帯電しやすい。スペーサが帯電すると、スペーサ近傍では電子放出素子から放出される電子ビームの軌道が曲げられ、スペーサ側に引き寄せられる、或いは、スペーサ側から遠ざかるという現象が生じて、画質が低下するようになる。スペーサを帯電しにくくして、電子ビームの偏向を抑制するには、スペーサの表面に導電性を有する層を形成するか或いはスペーサ自身にある程度の導電性を付与して、スペーサ表面に微小電流を流すことが望ましい。本発明においても、導電性を有するガラス、例えばバナジウム酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物から選ばれた遷移金属酸化物の少なくとも一種を含むリン酸ガラスなどでスペーサを形成することが望ましい。

スペーサ１０１のカソード基板側の端面部分に設けられた遷移金属酸化物膜１１０には、特許文献１に記載の低抵抗膜と同様の作用があり、スペーサ表面に発生した沿面放電による過大電流などを走査線や信号線などの駆動用配線に逃がす作用がある。しかし、この膜が表面に露出していると、電子ビームが反発して直進性が損なわれ、電子ビームの挙動がばらつくことがわかった。また、その結果、電子ビームの偏向量が均等に低減されなくなり、画質に悪影響が生じることが分かった。遷移金属酸化物はガラス接着剤との濡れ性が良好であり、このため、表面に露出することなく低融点ガラス接着剤で覆うようにすることが容易にできる。遷移金属膜を形成し、その後の熱処理で酸化物膜としても同等の効果が得られる。

遷移金属酸化物膜１１０は、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、酸化鉄特に酸化第二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化チタン特に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化コバルト(ＣｏＯ)のいずれかによって形成されることが望ましい。これらの酸化物により形成された遷移金属酸化物膜はスペーサより抵抗が小さく、また、二次電子放出を抑制する効果があり、帯電しにくくなる。しかも、低融点ガラスとの濡れ性が良好である。

遷移金属酸化物膜の厚みは２０〜３００ｎｍであることが望ましい。２０ｎｍよりも薄い膜を均等な厚みで形成するのは難しく、膜が形成されない部分が生じ易いことと、３００ｎｍを超える厚みの膜は剥がれ易いことから、２０〜３００ｎｍの範囲が好適である。

スペーサは、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化バリウム及びリン酸化物を含むＷ−Ｖ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラス、或いは更に酸化モリブデンを含むＷ−Ｖ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラスにより形成されることが望ましい。これらのガラスは、いずれも導電性を有しており、帯電を防止する効果がある。これらのガラスを形成する酸化物の中では、酸化バナジウムが最も導電性が優れており、次いで酸化タングステン、酸化モリブデンの順で優れている。さらに、酸化タングステンにはガラスの耐熱性を向上する効果、酸化モリブデンにはガラスの二次電子放出を低減する効果がある。このため、これらの酸化物の全てを含むことが望ましいが、酸化モリブデンはガラスの化学的安定性を劣化させることがあるので、注意が必要である。このような場合には、酸化モリブデンを取り除くことが望ましい。リン酸化物と酸化バリウムはガラス化のために含有され、さらに酸化バリウムはその含有量によってガラスの熱膨張係数を制御することができる。

スペーサの比抵抗は消費電力低減及び帯電防止の観点から１０^７〜１０^１０Ωｃｍであることが望ましく、酸化バナジウム、酸化タングステン或いは酸化モリブデンの含有量を調整することによって制御可能である。スペーサの比抵抗が１０^７Ωｃｍ未満では、スペーサに電流が流れすぎて熱暴走し、パネル破損が生じ易くなる。１０^１０Ωｃｍを超えると、スペーサが帯電しやすくなり、電子ビームが大きく吸引されるようになる。

低融点ガラス接着剤１１５には、導電性であることが要求されるので、本発明では、バナジウム酸化物を含むリン酸ガラスのように、導電性を有する遷移金属酸化物を含むガラス接着剤を用いることが好ましい。鉛とボロンを含むＰｂ−Ｂ−Ｏ系ガラス、錫と亜鉛とリンを含むＳｎ−Ｚｎ−Ｐ−Ｏ系ガラス或いはビスマスとボロンを含むＢｉ−Ｂ−Ｏ系ガラスに、貴金属粒子を分散させたガラス接着剤を用いてもよい。ただし、環境上の観点から、鉛酸化物を含まないガラス接着剤が好ましい。本発明において、ガラス接着剤に導電性粒子を混合することは、導電性を付与する点から極めて望ましい。導電性粒子としては、白金、パラジウム、ルテニウム、金、銀などの貴金属或いは銅のような金属が望ましく、また、これらの金属を含む酸化物を用いることもできる。

本発明の画像表示装置は、スペーサのカソード側端面部分に形成された遷移金属酸化物膜が表面に露出することなく、低融点ガラス接着剤で覆われているので、電子ビームが直進性を有するようになり、ビーム挙動のばらつきが低減され、ビーム偏向量がほぼ均一に低減するようになる。このため、均一な高輝度、高精細な画質が得られる。

本発明では、カソード基板側のスペーサ端面に設けられた遷移金属酸化物膜により過大電流が駆動用配線に流れるので、アノード電圧を高くすることが可能であり、例えば１０〜１５ｋＶ程度までアノード電圧を高めて、更なる高輝度化、高精細化を図ることができる。アノード電圧が１０ｋＶ未満では輝度が不十分となり、また、１５ｋＶを超えるとスパークが発生し、スペーサや配線が破損し易くなるが、これらの問題を解決できる。

スペーサは、原料の粉末を坩堝などの容器に入れてガラス溶解炉に設置し、溶融状態のガラスを線引きすることによって製造することができる。また、遷移金属酸化物膜よりなる端部電極は、スパッタ、或いは金属アルコキシド溶液を塗布するなどの方法によって形成することができる。

端部電極の抵抗をスペーサと低融点ガラス接着層の中間の値にすることによって、電子ビーム偏向量を更に低減することも可能である。

平面型画像表示装置のカソード基板とアノード基板の間に本発明のスペーサを配置した状態を模式図で示した正面図。 本発明の平面型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。 本発明の平面型画像表示装置を正面から見た断面図。 本発明の平面型画像表示装置の一部分を詳細に示した断面図。 本発明の平面型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。 本発明の平面型画像表示装置における一画素の構成例を示した模式図。 本発明の平面型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、１１０…遷移金属酸化物膜、１１５…低融点ガラス接着層、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 (16)

1. 冷陰極素子と信号線及び走査線を有するカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスを有するアノード基板と、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を備え、前記スペーサが前記走査線及び前記ブラックマトリクスと低融点ガラス接着剤により接着されている画像表示装置において、前記スペーサの前記カソード基板側の端面部分に遷移金属酸化物膜を電極として有し、この遷移金属酸化物膜が露出することなく前記低融点ガラス接着剤で覆われて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、前記遷移金属酸化物膜が酸化クロム、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化チタンから選ばれたいずれかよりなることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１において、前記遷移金属酸化物膜の厚みが２０〜３００ｎｍであることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１において、前記スペーサが酸化タングステンと酸化バナジウムと酸化バリウム及びリン酸化物を含むＷ−Ｖ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラス、或いは更に酸化モリブデンを含むＷ−Ｖ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系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１において、前記低融点ガラス接着剤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。
6. 請求項１において、前記低融点ガラス接着剤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。
7. 請求項１において、前記スペーサの比抵抗が１０^７〜１０^１０Ωｃｍであることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項１において、前記低融点ガラス接着剤中に導電性粒子が分散し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、前記低融点ガラス接着剤が鉛とボロンを含むＰｂ−Ｂ−Ｏ系ガラス、錫と亜鉛とリンを含むＳｎ−Ｚｎ−Ｐ−Ｏ系ガラス及びビスマスとボロンを含むＢｉ−Ｂ−Ｏ系ガラスのいずれかよりなり、且つ、導電性粒子が分散されていることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項１において、前記スペーサの比抵抗が１０^７〜１０^１０Ωｃｍであることを特徴とする画像表示装置。
11. 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。
12. 冷陰極素子と信号線及び走査線を有するカソード基板と、蛍光体とブラックマトリクスを有するアノード基板と、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を備え、前記スペーサが前記走査線及び前記ブラックマトリクスと低融点ガラス接着剤により接着されている画像表示装置における前記スペーサであって、前記カソード基板側の端面部分に遷移金属酸化物膜を電極として有し、前記遷移金属酸化物膜が露出することなく前記低融点ガラス接着剤により覆われることを特徴とする画像表示装置用スペーサ。
13. 請求項１２において、比抵抗が１０^７〜１０^１０Ωｃｍであることを特徴とする画像表示装置用スペーサ。
14. 請求項１２において、前記遷移金属酸化物膜が酸化クロム、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化チタンから選ばれたいずれかよりなることを特徴とする画像表示装置用スペーサ。
15. 請求項１４において、前記遷移金属酸化物膜の厚みが２０〜３００ｎｍであることを特徴とする画像表示装置用スペーサ。
16. 請求項１２において、前記スペーサの材質が酸化タングステンと酸化バナジウムと酸化バリウム及びリン酸化物を含むＷ−Ｖ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラス、或いは更に酸化モリブデンを含むＷ−Ｖ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系ガラスよりなることを特徴とする画像表示装置用スペーサ。

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