JP2009252642A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視認性の妨害を抑制できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置１は、第１の基板２と第２の基板３と複数のスペーサ４とを有する。第１の基板には複数の電子放出素子５がマトリックス状に配置されている。第２の基板は複数の発光領域６及びブラックマトリックス７を備えている。発光領域は電子放出素子と対応する位置にマトリックス状に配置されている。ブラックマトリックスは格子状で発光領域を形成。スペーサは第１と第２基板間に電子放出素子の一方の配列方向に沿って電子放出素子間に周期的な間隔で配置。ブラックマトリックスは複数の第１の帯領域８及び複数の第２の帯領域９を有し、前者はスペーサと同じ方向に延び、スペーサより幅が狭い。後者は前者とは異なる位置に一部がスペーサの設置位置と重なるように設けられている。更に、第２の帯領域はスペーサより狭い間隔でスペーサと同じ方向に延び、第１の帯領域より幅が広い。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

次世代の薄型大画面ディスプレイの例として、 電界放出ディスプレイ(ＦＥＤ:Field Emission Display)の一種である表面電界ディスプレイ(ＳＥＤ:Surface-conduction Electron-emitter Display)と称される画像表示装置が提案されている。

ＳＥＤは、ＣＲＴ(Cathode-Ray Tube)ディスプレイと同様に自己発光型のディスプレイである。概略的なＳＥＤの発光機構は、一方のガラス基板（第１の基板）に載置された電子放出素子から発せられた電子が一方のガラス基板と対向する他方のガラス基板（第２の基板）に設けられた蛍光体に衝突することで発光するというものである（図４参照）。更に、他方のガラス基板の蛍光体間には遮光部として機能するブラックマトリックスが格子状に配されている。このブラックマトリックスが在ることでＳＥＤの発光時におけるコントラストが良好なものとなる。また、ＳＥＤではピクセル毎に電子放出素子が設けられていることにより、ＣＲＴディスプレイで必須であった、電子放出素子から出射する電子が電界により偏向される機構が不要となっている。これにより、ＳＥＤはＣＲＴディスプレイに対して薄型化及び大画面化が図られている。

薄型化及び大画面化が図られたＳＥＤでは、両ガラス基板間の空間を高い真空状態に保って外部の大気圧に対して抗することができるように、両ガラス基板間にスペーサと呼ばれる間隔保持部材が設けられている。スペーサが周期的に配置された構成を有するＳＥＤの一例が図５に示す画像表示装置に開示されている（特許文献１参照）。この画像表示装置においては、蛍光面パネル１４のガラス基板２４上に透明電極１Ｒ、１Ｇ、１Ｂがストライプ状に被着している。更に、各透明電極１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ間にブラックマトリックス８、２８が各透明電極と重なることなくストライプ状に設けられている。そして、透明電極１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ上に蛍光体Ｒ、Ｇ、Ｂがそれぞれ電着によって形成されている。ブラックマトリックス８、２８は各透明電極に重なっていないため、透明電極上に電着によって形成される蛍光体は透明電極と同じパターンに形成される。更に、蛍光体の一部がブラックマトリックス上に形成されることはなくなる。これらの結果、透明電極及び蛍光体を微細なパターンで形成することができ、画像表示装置は高い解像度の光を発することが可能となる。更に、ブラックマトリックス上の蛍光体が剥離してトラブルを起こすおそれが全くなくなる。
特開平８−１３８５８９号公報

この画像表示装置においては、両ガラス基板間の間隔に不均一性が生じることを回避するために、画像表示装置が構造体として維持されるように両ガラス基板を支持するスペーサには強度を持たせる必要がある。この強度保持のためにはスペーサの幅をある程度大きく取らねばならない。そのため、スペーサ直上のブラックマトリックスは、スペーサの幅に対応して他のブラックマトリックスよりも幅広に設けられている。また、ブラックマトリックスによって形成される、発光領域を構成する開口がマトリックス状に配置されている。スペーサの幅を幅広ブラックマトリックスよりも大きくすると、スペーサと開口とが重なる領域が生じてしまう。そのため、スペーサはブラックマトリックスと重なる必要がある。従って、スペーサの幅は幅広ブラックマトリックスの幅以下に設定されている。
上記の構成を有する画像表示装置を具体的な寸法で記載すると以下のようになる。例えば対角５２インチのフルＨＤ(High Definition)表示装置の場合、サブピクセルのサイズは０．６ｍｍ(縦方向：Ｙ方向)×０．２ｍｍ(横方向:Ｘ方向)程度となる。長尺構造のスペーサを横置きに設置（Ｘ方向に設置）する場合、構造支持体として必要なスペーサ幅は０．３ｍｍ程度必要になる。ブラックマトリックスの開口サイズを０．４ｍｍ(Ｙ方向)×０．０７ｍｍ(Ｘ方向)とすると、ブラックマトリックスとスペーサとの間の位置関係は図６のようになる。このままではスペーサ１０４がブラックマトリックス１０７の開口１１０すなわち発光領域にはみ出してしまう。ブラックマトリックス１０７でスペーサ１０４を隠すためには、ブラックマトリックス開口１１０の中心位置をピクセル中心からオフセットする必要がある。オフセットが行われた開口１１０とスペーサ１０４との間の位置関係は図７に示したようになる。つまり、幅広ブラックマトリックス１０８の設置位置はスペーサ１０４の設置位置と合致している。すなわち、幅広ブラックマトリックス１０８とスペーサ１０４とは１対１に対応して配置されている。換言すれば、幅広ブラックマトリックスはスペーサを設置する目的で形成されている。

しかしながら、スペーサが設置される位置毎にブラックマトリックスの幅が広い特異な領域が出現することになる。例えば、画像表示装置の強度上必要なスペーサ設置周期としてＹ方向走査線１６ライン毎に設置する場合を考える（図８参照）。従来技術によるブラックマトリックス開口パターンとすると、スペーサの最近接ブラックマトリックス開口だけがオフセットされて残りの開口はサブピクセル中央にレイアウトされ、これらの開口がＹ方向にライン状に配される。Ｙ方向にライン状に並んだ開口と直交するようにライン状に配された幅広ブラックマトリックスは視覚的に認識されてしまう帯領域であるため、この帯領域の疎らな離散的な周期的配置が線ムラとして視認されていた。つまり、幅広ブラックマトリックスのこの構成により、画像表示装置の視認性が妨害されてしまっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、視認性の妨害を抑制できる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の画像表示装置は、複数の電子放出素子がマトリックス状に配置された第１の基板と、複数の電子放出素子と対応する位置にマトリックス状に配置された複数の発光領域と、複数の発光領域を形成する格子状のブラックマトリックスと、を備えた第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に複数の電子放出素子の一方の配列方向に沿って複数の電子放出素子間に周期的な間隔で設けられた複数のスペーサと、を有し、ブラックマトリックスは、複数のスペーサと同じ方向に延び、複数のスペーサより幅の狭い複数の第１の帯領域と、複数の第１の帯領域とは異なる位置に一部が複数のスペーサの設置位置と重なるように設けられた複数の第２の帯領域であって、複数のスペーサより狭い間隔で複数のスペーサと同じ方向に延び、複数の第１の帯領域より幅の広い複数の第２の帯領域と、を有する。

本発明によれば、ブラックマトリックスにおいて第１の帯領域より幅の広い第２の帯領域がスペーサより狭い間隔でスペーサと同じ方向に延びている。これにより、第１の帯領域より幅の広い第２の帯領域の設置密度が、スペーサの設置密度より大きくなる。そのため、ブラックマトリックスの第２の帯領域が密に存在することにより、スペーサに１対１に対応した第２の帯領域の離散的な特異性が失われる。よって、視認性上の不均一性が改善されるため、画像表示装置の視認性の妨害が抑制される。従って、視認性の妨害を抑制できる画像表示装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１に本発明の一実施形態に係る画像表示装置１の模式図を示す。画像表示装置１は、第１の基板２と、複数のスペーサ４と、第２の基板３とで構成されている。

第１の基板２には、表面伝導型の複数の電子放出素子５がマトリックス状に配置されているとともに、各電子放出素子５を駆動するためのマトリックス配線（不図示）が形成されている。第１の基板２はガラス材料でできており、各電子放出素子５間には、例えば酸化パラジウム（PdO）の薄膜に通電・活性化処理するという技術で作られるナノメートルオーダーのギャップ（ナノギャップ）が形成されている。

スペーサ４は、第１の基板２と第２の基板３との間の空間を高い真空状態に保って外部の大気圧に対して抗することができるように機能する支持部材である。更に、各スペーサ４は、第１の基板２と第２の基板３との間にマトリックス状の電子放出素子５の一方の配列方向に沿って各電子放出素子５間に周期的な間隔で設けられている。
第２の基板３は、メタルバック層１０と発光層１１とガラス層１２とで構成されている。メタルバック層１０はＡｌ等からなる陽極電極であって、光反射膜としても機能するとともに発光層１１の蛍光体粒子の表面の帯電を防ぐ機能も果たしている。発光層１１は複数の発光領域６、及び発光領域６を形成するブラックマトリックス７を有している。ガラス層１２は発光層１１から発せられた光を画像表示装置１外へ広域に散乱させる機能を有している。
なお、第２の基板３に関してその製造方法は概略以下の通りである。基板上に感光性をもたせたブラックマトリックス用材料を塗布し、露光・現像によりパターニングする。次に、ブラックマトリックス７の開口部分に発光体を形成する。例えば、パターン印刷によって蛍光体層を形成する。次に、メタルバック層１０を形成することで第２の基板３が形成される。第１の基板２は、電子放出素子５をマトリックス状に並べることで形成される。電子を放出する素子としては、先鋭な先端形状をもったスピント型の電子放出素子５やカーボンナノチューブで形成された電子放出素子５が好ましい。しかしながら、電子を放出する素子の構成であればこの例示に限定されることはない。更に、第２の基板３と第１の基板２とを対向させ、周囲を枠で規定した内側を真空に排気して画像表示装置１を形成する。画像の表示方法としては、第２の基板３のメタルバック層１０に１０ｋＶ程度の高電圧を印加した状態で、第１の基板２上に形成された電子放出素子５をマトリックス駆動する。これにより、所望の電子放出素子５から所望の電子を放出し、この高電圧の印加により電子を加速することで蛍光体を励起発光させて画像を形成する。ここでは電界放出型電子源を用いた画像表示装置１を記載したが、第２の基板３のブラックマトリックス設置パターンで発光パターンを規定している画像表示装置１であれば、電界放出型電子源を用いた画像表示装置１に限定されることはない。

発光層１１の各発光領域６は、赤、緑、青にそれぞれ発光する蛍光体とこれら蛍光体のガラス層１２側に位置するカラーフィルタとで構成されている。各発光領域６は各電子放出素子５と対応する位置にマトリックス状に配置されている。更に、発光領域６は、遮光部として機能する黒色かつ格子状のブラックマトリックス７によって形成されている。ブラックマトリックス７は発光時における画像表示装置１のコントラストや色純度を向上させる機能を有している。

更に、ブラックマトリックス７は、複数の第１の帯領域８及び複数の第２の帯領域９で構成されている。第１の帯領域８は、スペーサ４と同じ方向に延び、スペーサ４より幅が狭い。第２の帯領域９は、第１の帯領域８とは異なる位置に一部がスペーサ４の設置位置と重なるように設けられている。更に、第２の帯領域９はスペーサ４より狭い間隔でスペーサ４と同じ方向に延び、第１の帯領域８より幅が広い。

以上のような構成の画像表示装置１において、電子放出素子５間のナノギャップに電圧を印加すると、トンネル効果により各電子放出素子５から電子が放出される。これらの電子の一部が第１の基板２と第２の基板３との間に印加されるアノード電圧により加速され、蛍光体に衝突する。これにより、蛍光体粒子のエネルギーが励起されることで蛍光体は発光する。この光がカラーフィルタを通過しガラス層１２を透過することで画像が表示されることになる。
次に、本発明の主題に関し、従来の画像表示装置においてブラックマトリックスの第２の帯領域間の間隔を短くしようとすると、それに伴って短い周期でスペーサを設置しなければならない。その場合、短い周期の設置ということはスペーサの数が必然的に増えてしまうことで、コスト及び画像表示性能の両面において好ましいものではない。コスト面では、スペーサの数を増やすことは、単純に材料費が嵩むことに繋がる。
一方、画像表示性能面に関しては次の議論ができる。第１の基板と第２の基板との間の間隔を保持するためのスペーサは、本質的に大気圧に対して抗しなければならないという要求を満足する必要がある。そのため、近接するスペーサ間の高さのばらつきを小さく抑えるようにスペーサ設置間隔を短くする必要がある。スペーサに対するこの要求により、第１の基板及び第２の基板はスペーサの高さに追随する形状となる。これにより、スペーサの高さのばらつきが均一である場合、スペーサ設置間隔を短くすればするほどスペーサ設置箇所における両基板間の間隔の不均一性が増大してしまう。ゆえに、両基板内に発生する応力が大きくなることで、両基板の割れに関するリスクが増大する。こうした事情により、スペーサは、その設置間隔を狭めすぎることなく両基板間に設けられなければならない。スペーサのこの要求により、ブラックマトリックスにおいては、スペーサ直上に必ず配される第２の帯領域以外にも第１の帯領域より幅の広い第２の帯領域を設ける必要がある。
この第２の帯領域については更に以下のような知見を見出すことが可能である。ブラックマトリックス設置パターンの制約要件は、（１）スペーサの設置位置の直上には必ず第２の帯領域が設置されること、（２）スペーサ設置間隔より狭い間隔であること、の２点である。尚、好ましくは、（３）周期性をもった設置パターンであるとなお良い。このような観点から設置パターンとしては、第２の帯領域９間の間隔をスペーサ４間の間隔の１／Ｎ(Ｎは２以上の整数)とすることが好適である。なお、スペーサ４の設置周期の表現方法として、スペーサの延びる方向と同一方向に走る走査線Ｍライン毎に設置されるスペーサという表現が可能である。この場合、先の整数ＮはこのＭの約数であることが要件となる。ＮがＭの約数でない場合、第２の帯領域９とスペーサ４との間の設置位置がずれてしまうため不適当である。また、Ｎが大きい方が第２の帯領域９の設置間隔はより小さくなるため、視認性の妨害抑制効果は大きくなる。この視認性の妨害抑制が最大になる際の第２の帯領域９の設置間隔は、走査線１６ライン毎のスペーサ設置の場合、走査線３０ライン毎のスペーサ設置の場合共に２ライン毎である。そのため、第２の帯領域９の設置間隔が走査線２ライン毎に対応するＮは、それぞれ走査線１６ライン毎のスペーサ設置の場合はＮ＝８、走査線３０ライン毎のスペーサ設置の場合はＮ＝１５となる。

次に、本実施形態を適用した実施例におけるブラックマトリックス７の構成を詳細に説明する。本実施形態におけるブラックマトリックス７、ブラックマトリックス７の開口、スペーサ４等の外形寸法が従来と同じという前提では、スペーサ４の設置パターン及びブラックマトリックス７の第１の帯領域８の設置パターンは従来と同様となる。すなわち、０．３ｍｍ幅（図３参照）のスペーサ４に近接したブラックマトリックス７の開口（発光領域）の中心位置は、スペーサ４の設置箇所に対して離れる方向にピクセルの中心位置から０．０５ｍｍだけオフセットされている（図１（ｂ）における矢印参照）。なお、これらの幅やオフセット量に関する数値は、ここでの数値に限定されるものではない。すなわち、ブラックマトリックス７の開口をオフセットして第１の帯領域８より幅が広い第２の帯領域９を形成することができるブラックマトリックス７の形態であれば任意のスペーサ４の幅、ブラックマトリックス７の開口のオフセット量を取ることができる。このスペーサ４とその隣接ピクセルとを１組として、この１組の繰り返しで設置パターンを形成した場合を図２に示す。つまり、ブラックマトリックス７における第１の帯領域８とそれより幅の広い第２の帯領域９とが交互に繰り返すパターンとなっている。すなわち、従来ではスペーサ４及び第２の帯領域９は共に走査線1６ライン毎（図８参照）に設置されていたのに対し、本実施例では、第２の帯領域９間の間隔がスペーサ４間の間隔の１／８（Ｎ＝８）であるように第２の帯領域９は第１の帯領域８間に設けられている。

これにより、第１の帯領域より幅の広い第２の帯領域の設置密度がスペーサの設置密度より大きくなっている。そのため、ブラックマトリックスの第２の帯領域が密に存在することにより、スペーサに１対１に対応した第２の帯領域の離散的な特異性が失われる。従って、視認性上の不均一性が改善されるため、画像表示装置の視認性の妨害を抑制することができる。

次に、本発明の一実施形態の変形例に係るブラックマトリックス７の平面図を図３に示す。上述の一実施形態においては、ブラックマトリックス７の開口の中心位置をピクセルの中心位置からシフトさせて第２の帯領域９を形成している。一方、この変形例においては、ブラックマトリックス７の開口自体を縮小させて第２の帯領域９を形成している。第２の帯領域９間の間隔は、この変形例でも上述の一実施形態と同様にスペーサ設置に限定された特異性をなくすため、スペーサ４間の間隔より狭い。これにより、上述の実施形態と同様に視認性の妨害を抑制することができる。

なお、本変形例に係るブラックマトリックスを有する画像表示装置において、画像表示状態（発光状態）ではブラックマトリックス領域にて輝度調整を行なうことで画像自体の視認性妨害に起因する問題を回避できる。一方、非発光状態では画像表示装置の表面の反射パターンを視認することになるが、この反射パターンのムラが問題となる。ブラックマトリックスの反射率は０．５％程度、ブラックマトリックス開口に蛍光体が塗布された発光領域は２０％程度の反射率を持つ。そのため、非発光状態において第２の帯領域は反射率の低い帯状の領域として視認されてしまう。反射率の低いこの領域に関して、従来のスペーサ設置箇所に１対１に対応した疎らな第２の帯領域のパターンではムラとして認識されてしまっていた。しかし、本変形例では狭い設置間隔の第２の帯領域の繰り返しパターンを採っているため、ムラとして視認されることを回避できる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る画像表示装置を示す断面図である。（ｂ）は（ａ）の画像表示装置におけるブラックマトリックスを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る画像表示装置のスペーサとその隣接ピクセルとを１組とした設置パターンを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る画像表示装置のブラックマトリックスの変形例を示す平面図である。 一般的な画像表示装置、及びそれのブラックマトリックスの開口パターンを示す断面図及び平面図である。 従来の画像表示装置を示す要部拡大断面図である。 従来の画像表示装置におけるブラックマトリックスとスペーサとの間の位置関係を示す平面図である。 従来の画像表示装置でのオフセットが行われた開口とスペーサとの間の位置関係を示す平面図である。 従来の画像表示装置におけるスペーサの設置周期を示す平面図である。

符号の説明

１ 画像表示装置
２ 第１の基板
３ 第２の基板
４ スペーサ
５ 電子放出素子
６ 発光領域
７ ブラックマトリックス
８ 第１の帯領域
９ 第２の帯領域

Claims (2)

1. 複数の電子放出素子がマトリックス状に配置された第１の基板と、
   前記複数の電子放出素子と対応する位置にマトリックス状に配置された複数の発光領域と、該複数の発光領域を形成する格子状のブラックマトリックスと、を備えた第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記複数の電子放出素子の一方の配列方向に沿って該複数の電子放出素子間に周期的な間隔で設けられた複数のスペーサと、
   を有し、
   前記ブラックマトリックスは、
   前記複数のスペーサと同じ方向に延び、該複数のスペーサより幅の狭い複数の第１の帯領域と、
   前記複数の第１の帯領域とは異なる位置に一部が前記複数のスペーサの設置位置と重なるように設けられた複数の第２の帯領域であって、該複数のスペーサより狭い間隔で該複数のスペーサと同じ方向に延び、該複数の第１の帯領域より幅の広い複数の第２の帯領域と、
   を有する、
   画像表示装置。
2. 前記複数の第２の帯領域間の前記間隔は、前記複数のスペーサ間の前記間隔の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）である、請求項１に記載の画像表示装置。

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