JP2009123569A - 平面型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面型画像表示装置の蛍光面の混色を防止する。
【解決手段】背面基板１に電子源１０をマトリクス状に備えた平面型画像表示装置で、前記電子源１０の面積を前記背面基板１の中央部と周辺部で異なる寸法とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自発光型フラットパネル型画像表示装置に係り、特に電子源をマトリクス状に配列した画像表示装置に関する。

マトリクス状に配置した電子源を有する自発光型フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の一つとして、微少で集積可能な冷陰極を利用する電界放出型画像表示装置（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）や電子放出型画像表示装置が知られている。
これらの冷陰極には、スピント型電子源、表面伝導型電子源、カーボンナノチューブ型電子源、金属―絶縁体―金属を積層したＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型、金属―絶縁体―半導体を積層したＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、あるいは金属―絶縁体―半導体−金属型等の薄膜型電子源などがある。

一般的な自発光型ＦＰＤは、上記のような電子源をガラス板からなる絶縁基板上に備えた背面基板と、蛍光体層及びこの蛍光体層に前記電子源から放出される電子を射突させるための電界を形成する陽極とをガラスを好適とする光透過性の材料からなる絶縁基板上に備えた前面基板と、前記両基板の対向する内部空間を所定の間隔に保持する枠体とを備え、前記両基板と枠体で形成される表示領域を含む内部空間を真空状態に保持する構成の表示パネルとし、この表示パネルに駆動回路を組み合わせて構成される。

又、前記背面基板上には、第１の方向に延在し該第１の方向と直交する第２の方向に並設された複数の第１電極と、この第１電極を覆って形成された絶縁膜と、この絶縁膜上で前記第２の方向に延在し前記第１電極に交差する如く前記第１の方向に並設され走査信号が順次印加される複数の第２電極を備えている。加えて前記第２電極と第１電極の交差部付近に上記の電子源がそれぞれ設けられ、第２電極と電子源とは電子源の構成部材の上部電極で接続され、第２電極から電子源に電流が供給される構成が一般的である。

更に、前記個々の電子源は対応する蛍光体層と対になって単位画素を構成する。通常は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の単位画素で一つの画素（カラー画素、ピクセル）が構成される。なお、カラー画素の場合、単位画素は副画素（サブピクセル）とも呼ばれる。

上述の構成に加え、前述したような画像表示装置では、背面基板と前面基板間の前記枠体で囲繞された表示領域を含む真空領域内に複数の間隔保持部材（スペーサ）が配置固定され、前記両基板間の間隔を前記枠体と協働して所定間隔に保持している。このスペーサは、一般にはガラスやセラミックスなどの絶縁材あるいは幾分かの導電性を有する部材で形成した板状体からなり、通常、複数の画素ごとに画素の動作を妨げない位置に設置される。

又、封止枠となる枠体は背面基板と前面基板との内周縁にフリットガラスなどの封着部材で固着され、この固着部が気密封着され封止領域となっている。両基板と枠体とで囲繞された表示領域を含む真空領域内部の真空度は、例えば１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒ程度である。

枠体と基板との封止領域には、背面基板に形成された第２電極につながる第２電極引出端子や第１電極につながる第１電極引出端子がそれぞれ貫通する。

前述したＭＩＭ型電子源については、例えば特許文献１に開示されている。ＭＩＭ型電子源の構造と動作は以下のとおりである。すなわち、上部電極と下部電極との間に絶縁層を介在させた構造を有し、上部電極と下部電極との間に電圧を印加することで、下部電極中のフェルミ準位近傍の電子がトンネル現象により障壁を透過し、電子加速層である絶縁層の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなり、上部電極の伝導帯へ流入する。これらのホットエレクトロンのうち、上部電極の仕事関数φ以上のエネルギーをもって上部電極表面に達したものが真空中に放出される。

電子源は前述のように第１電極と第２電極の交差部近傍に位置し、第１電極と第２電極との間の電位差で電子源からの電子の放出量（放出のオン・オフを含む）を制御する。放出された電子は、前面基板に位置する陽極に印加される高電圧で加速されて前面基板に有する蛍光体層に射突して励起することで当該蛍光体層の発光特性に応じた色光で発色する。蛍光体層の形状は一般的には矩形形状である。

又、ヘッドマウント型ディスプレイ装置に用いられる冷陰極ディスプレイパネルで、その表示部分の中心部から周辺部にかけて、画素の密度と大きさの少なくともどちらか一方が異なる構成が特許文献２に開示されている。
特開２００４−３６３０７５号公報 特開平７−２５５０２２号公報

特許文献１に開示されたような構成の画像表示装置では、前面基板の蛍光体層に、背面基板側に配置された電子源から発射された電子ビームを加速して射突させ、励起することで当該蛍光体層の発光特性に応じた色光で発色する。
ところが、前記電子源と対応する蛍光体層との相互位置関係が損なわれ、電子源からの電子が対向する所望の蛍光体層とこれに隣接する異色発光の蛍光体層を同時に励起して混色を発生させる問題があった。
この混色の発生は、表示装置の色純度の低下及び輝度低下を招き、表示品位を損なう問題があった。

本発明の目的は、混色の発生を防止し、色純度の確保と高輝度化を可能とし、表示品位の優れた信頼性の高い長寿命の平面型画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明では、平面型の複数の電子源を備えた背面基板と、複数の蛍光体層を備えた前面基板とを対向配置したカラー表示が可能な平面型画像表示装置で、前記電子源の面積を前記基板の中央部と周辺部とで中央部＞周辺部の構成とした。
これらの構成とした平面型画像表示装置に、画像信号駆動回路、走査信号駆動回路、その他の周辺回路を組み込んで自発光平面表示装置を構成する。

混色の発生を防止し、色純度の確保と高輝度化を可能とし、表示品位の優れた信頼性の高い長寿命の平面型画像表示装置を得ることが出来る。
又、周辺部の電子源の画素容量が小さくなるので、走査線当りの負荷容量或は信号線当りの負荷容量を小さく出来、この結果、パネルのＣＲ時定数を小さく出来て駆動回路の負荷を増大させることなく輝度上昇を図ることが可能となる。更に、安価な駆動回路を使用することも可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１乃至図４は本発明の平面型画像表示装置の一実施例を説明するための図で、図１（ａ）は前面基板側から見た模式平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の模式側面図、図２は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った模式平面図、図３は図２の一部を拡大して示す模式平面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿った背面基板の模式断面図とその背面基板と対応する部分の前面基板の模式断面図である。

これら図１乃至図４において、参照符号１は背面基板、２は前面基板、３は枠体、４は排気管、５は封着部材、６は表示領域を含む真空領域、７は貫通孔、８は映像信号配線、９は走査信号配線、１０は電子源、１１は上部電極、１２はスペーサ、１３は接着部材、１４は層間絶縁膜、１５は蛍光体層、１６は遮光用のＢＭ（ブラックマトリクス）膜、１７は金属薄膜からなるメタルバック（陽極電極）である。

参照符号１で示す背面基板と前面基板２は略矩形状を呈し、厚さ数ｍｍ、例えば１〜１０ｍｍ程度のガラス板からそれぞれ構成されている。
３は枠状を呈する枠体で、この枠体３は例えばフリットガラスの燒結体或いはガラス板等から構成され、単体で若しくは複数部材の組み合わせで略矩形状とされ、前記両基板１、２間に介挿されている。
この枠体３は、前記両基板１、２間の周縁部に介挿され、両端面が両基板１、２と気密接合されている。この枠体３の厚さは数ｍｍ〜数十ｍｍ、その高さは両基板１、２間の前記間隔に略等しい寸法に設定されている。
４は排気管で、この排気管４は前記背面基板１に固着されている。
５は封着部材で、この封着部材５は例えば低融点フリットガラス、例えばＰｂＯ：７５〜８０ｗｔ％、Ｂ２ Ｏ３ ：約１０ｗｔ％、その他：１０〜１５ｗｔ％等の組成からなり、かつ非晶質タイプのフリットガラスを含むガラス材料からなるもの等が知られており、前記枠体３と両基板１、２間を接合して気密封着している。

前記枠体３と両基板１、２及び封着部材５で囲まれた表示領域を含む真空領域６は前記排気管４を介して排気され、例えば１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を保持している。又、前記排気管４は前述のように前記背面基板１の外表面に取り付けられ、この背面基板１を貫通して穿設された貫通孔７に連通しており、排気完了後前記排気管４は封止される。

参照符号８はストライプ状の映像信号配線で、この映像信号配線８は例えばアルミニウム（Ａｌ）膜、アルミニウムとネオジムの合金（Ａｌ−Ｎｄ）膜等からなり、前記背面基板１の内面に第１の方向（Ｙ方向）に延在し第２の方向（Ｘ方向）に並設されている。この映像信号配線８は真空領域６から枠体３と背面基板１との接合領域を気密に貫通し、背面基板１の長辺側の端部まで延在し、その先端部を映像信号配線引出端子８１としている。

この映像信号配線８は前述したＭＩＭ型電子源の上部電極と下部電極との間に配置される絶縁層を構成するトンネル絶縁膜８２と、このトンネル絶縁膜８２を取り囲んで電子放出部を制限し、この映像信号配線８のエッジヘの電界集中を防止するフィールド絶縁膜をそれぞれ備えている。

参照符号９はストライプ状の走査信号配線で、この走査信号配線９は前記映像信号配線８上でこれと交差する前記第２の方向（Ｘ方向）に延在し前記第１の方向（Ｙ方向）に並設されている。
この走査信号配線９はアルミニウム膜、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金膜等からなり、真空領域６から枠体３と背面基板１との接合領域を気密に貫通し、背面基板１の短辺側の端部まで延在し、その先端部を走査信号配線引出端子９１としている。

参照符号１０は平面型の電子源で、その詳細は後述するが、この電子源１０は例えば特許文献１に開示された電子源の一種のＭＩＭ型電子源である。
この電子源１０は前記走査信号配線９と映像信号配線８の交差部近傍で、前記映像信号配線８の前記トンネル絶縁膜８２にそれぞれ設けられている。これらの電子源１０はこの電子源画素である上部電極１１を介して前記走査信号配線９と接続されている。

又、前記映像信号配線８と、前記走査信号配線９間には層間絶縁膜１４が配置されている。この層間絶縁膜１４としては、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化物、シリコンなどを用いることができる。

次に、参照符号１２はスペーサで、このスペーサ１２はセラミックス材等の絶縁材料からなり、抵抗値の偏在が少なく、かつ長方形の薄板形状に整形された絶縁性基体１２１と、この絶縁性基体１２１の表面を覆い、かつ抵抗値の偏在の少ない被膜層１２２から構成されている。
このスペーサ１２は１０⁸〜１０⁹Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有し、全体として抵抗値の偏在の少ない構成となっている。

このスペーサ１２は前記枠体３と略平行で走査信号配線９上に１本おきに直立配置され、接着部材１３で両基板１、２と接着固定している。
このスペーサ１２の基板との接着固定は一端側のみでも良く、更にその配置は通常、複数の画素毎に画素の動作を妨げない位置に設置される。

このスペーサ１２の寸法は基板寸法、枠体３の高さ、基板素材、スペーサの配置間隔、スペーサ素材等により設定されるが、一般的には高さは前述した支持枠３と略同一寸法、厚さは数十μｍ〜数ｍｍ以下、長さは２０ｍｍ乃至１０００ｍｍ程度、好ましくは８０ｍｍ乃至１２０ｍｍ程度が実用的な値となる。

このスペーサ１２の一端側が固定された前面基板２の内面には、赤色、緑色、青色用の蛍光体層１５が遮光用のＢＭ（ブラックマトリクス）膜１６で区画されて配置され、これらを覆うように金属薄膜からなるメタルバック（陽極電極）１７が例えば蒸着方法で設けられて蛍光面を形成している。
このメタルバック１７は前面基板２と反対側、つまり背面基板１側への発光を前面基板２側へ向け反射させ、発光の取り出し効率を上げる為の光反射膜であると共に蛍光体粒子の表面の帯電を防ぐ機能も合わせ持っている。
又、このメタルバック１７は面電極として示してあるが、走査信号配線９と交差して画素列ごとに分割されたストライプ状電極とすることもできる。

前記蛍光体としては、例えば赤色用としてＹ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕを、又、緑色用としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｔｂ、更に、青色用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ等を用いることができる。この蛍光体層１５は蛍光体粒子の平均粒径は例えば４μｍ〜９μｍ、膜厚は例えば１０μｍ〜２０μｍ程度となっている。

前記電子源１０は前面基板２と対向する表面形状が略矩形形状で、その面積が図３に示すように背面基板１の中央と周辺とで異なる構成となっている。
すなわち、背面基板１の第２の方向の周辺部の電子源１０の第１の方向（Ｙ方向）の高さＨｓが、中央部の電子源１０の同方向の高さＨｃに比べて低い寸法に設定されている。勿論、配列ピッチは従来と同様である。
一方、第２の方向（Ｘ方向）では全面が同一幅ｗで構成されている。

このような構成で、前記中央部分と周辺部とは面積比で７５％〜８０％程度の差を持たせることが好ましく、前記中央部分と周辺部との中間部は一定の比率で変化する構成とされている。

次に、図５は本発明の平面型画像表示装置の更に他の実施例を説明する図３に対応する模式平面図で、前述した各図と同じ部分には同一記号を付してある。
図５に示す本実施例の電子源１０は前面基板２と対向する表面形状が略矩形形状で、その面積が背面基板１の中央と周辺とで異なる構成は図３と同一であるが、この第２実施例では背面基板１の第１の方向の周辺部の電子源１０の第１の方向（Ｙ方向）の高さＨｓが、中央部の電子源１０の同方向の高さＨｃに比べて低い寸法に設定されている。
勿論、配列ピッチは従来と同様である。
一方、第２の方向（Ｘ方向）では全面が同一幅ｗで構成されている。

このような構成で、前記中央部分と周辺部とは面積比で７５％〜８０％程度の差を持たせることが好ましく、前記中央部分と周辺部との中間部は一定の比率で変化する構成とされている。

次に、図６は本発明の平面型画像表示装置の更に他の実施例を説明する図３に対応する模式平面図で、前述した各図と同じ部分には同一記号を付してある。
図６に示す本実施例の電子源１０は前面基板２と対向する表面形状が略矩形形状で、その面積が背面基板１の中央と周辺とで異なる構成は図３と同一であるが、この第３実施例では背面基板１の第１、第２の方向共に周辺部の電子源１０の第１の方向（Ｙ方向）の高さＨｓ及び第２の方向（Ｘ方向）の幅Ｗｓが、中央部の電子源１０の同方向の高さＨｃ、幅Ｗｃに比べて低い寸法に設定されている。
勿論、配列ピッチは従来と同様である。

このような構成で、前記中央部分と周辺部とは面積比で７５％〜８０％程度の差を持たせることが好ましく、前記中央部分と周辺部との中間部は一定の比率で変化する構成とされている。

図７は、本発明の構成を適用した平面型画像表示装置の等価回路例の説明図である。図７中に破線で示した領域は表示領域６であり、この表示領域６にｎ本の映像信号配線８とｍ本の走査信号配線９が互いに交差して配置されて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３つの単位画素（あるいは、副画素）"Ｒ"，"Ｇ"，"Ｂ"の１グループでカラー１画素を構成する。なお、電子源の構成は図示を省いた。映像信号配線８は、映像信号配線引出端子８１で映像信号駆動回路ＤＤＲに接続され、走査信号配線９は走査信号配線引出端子９１で走査信号駆動回路ＳＤＲに接続されている。映像信号駆動回路ＤＤＲには外部信号源から映像信号ＮＳが入力され、走査信号駆動回路ＳＤＲ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信号配線９に交差する映像信号配線８に映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。

本発明の平面型画像表示装置の一実施例を説明するための図で、図１（ａ）は前 面基板側から見た模式平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の模式側面図である。 図１（ｂ）のＡ―Ａ線に沿った模式平面図である。 図２の一部を拡大して示す模式平面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿った背面基板の模式断面図とその背面基板と対応する部分の 前面基板の模式断面図である。 本発明の平面型画像表示装置の他の実施例を説明するための模式平面図である。 本発明の平面型画像表示装置の更に他の実施例を説明するための模式平面図である。 本発明の構成を適用した平面型画像表示装置の等価回路例の説明図である。

符号の説明

１・・・背面基板、２・・・前面基板、３・・・枠体、４・・・排気管、５・・・封着部材、６・・・表示領域を含む真空領域、７・・・貫通孔、８・・・画像信号配線、８１・・・画像信号配線引出端子、８２・・・トンネル絶縁膜、９・・・走査信号配線、９１・・・走査信号配線引出端子 １０・・・電子源、１１・・・上部電極、１２・・・スペーサ、１３・・・接着部材、１４・・・絶縁膜（層間絶縁膜）、１５・・・蛍光体層、１６・・・ＢＭ膜、１７・・・メタルバック（陽極電極）。

Claims (6)

1. 第１の方向に延在し該第１の方向と直交する第２の方向に並設された複数の映像信号配線と、この映像信号配線を覆って形成された絶縁膜と、この絶縁膜上で前記第２の方向に延在し前記映像信号配線に交差する如く前記第１の方向に並設された複数の走査信号配線と、前記映像信号配線と前記走査信号配線の交差部近傍に設けられた電子源とを備えた背面基板と、
   前記電子源に対応して設けられた蛍光体層と、前記電子源から放出される電子を前記蛍光体層に指向する如く加速電圧を印加するための陽極とを備えた前面基板と、
   前記前面基板と前記背面基板間に配置され前記両基板を所定の間隔に保持する枠体と、
   前記枠体と前記両基板とを封止領域で気密封着する封着部材とを備えた画像表示装置であって、
   前記電子源の面積が前記基板の中央部と周辺部とで異なることを特徴とする平面型画像表示装置。
2. 前記電子源の面積が前記基板の中央部と周辺部とで、中央部＞周辺部であることを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
3. 前記電子源の面積は前記基板の周辺部が前記中央部に対し７５％〜８０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面型画像表示装置。
4. 前記電子源の前記第１の方向の幅が、前記基板の中央部と周辺部とで異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の平面型画像表示装置。
5. 前記電子源の前記第２の方向の幅が、前記基板の中央部と周辺部とで異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の平面型画像表示装置。
6. 前記電子源が、下部電極と上部電極及びこれら下部電極と上部電極との間に挟持される電子加速層を有し、前記下部電極と上部電極間に電圧を印加することで前記上部電極より電子を放出する薄膜型電子源アレイであることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の平面型画像表示装置。

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