JP2009301932A - 前面基板及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】行方向に隣接する電極同士を接続する抵抗体を有する発光体基板において、当該抵抗体の耐圧性能を改善する。
【解決手段】前面基板は、基板と、基板上に行列状に位置する複数の発光部材１と、各々が少なくとも１つの発光部１材を覆い、行列状に位置する複数の電極２と、列方向において隣接する電極２間に位置し、行方向Ｘ及び列方向Ｙに隣接する電極２同士を接続する行方向に延びるストライプ状の抵抗体３と、を有している。抵抗体３との接続部Ｓ１における行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離Ｇｘ’は、抵抗体の行方向に延びる縁部１０に沿った位置で、発光部材を覆っている部分Ｓ２における行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離Ｇｘよりも大きく、列方向における端部領域Ｓ１１で、縁部に沿った離間距離Ｇｘ’よりも小さくさい。
【選択図】図３

Description

本発明は、前面基板及びそれを用いた画像表示装置に関する。

行列状に配列された複数の電子放出素子を備えた背面基板と、この複数の電子放出素子と対向して行列状に配列された複数の発光部材を備えた前面基板と、を有する画像表示装置は公知である。このような画像表示装置では、前面基板と背面基板とは、一般に数ｍｍ程度のギャップで対向し、しかも両基板間には例えば１０ｋＶ前後の高電圧が印加される。このため、放電が発生しやすく、いったん放電が発生すると、全面一体となったメタルバックの全域から放電電流が流れ込み、電子放出素子への影響が拡大する。

そこで、上記形式の画像表示装置に放電電流抑制機能を与えるため、特許文献１や特許文献２には、メタルバックを２次元に分断し、メタルバック間を抵抗体で接続する構成により、放電電流を抑制する技術が開示されている。

しかしながら、輝度向上を図るためにさらなる高電圧を印加した場合に放電が生じると、隣接するメタルバック間の電位差が大きくなって、隣接メタルバック間で２次放電を引き起こす可能性がある。また、隣接メタルバック間に抵抗体を配置すると、抵抗体の材料によっては、メタルバック間の沿面耐圧よりも、材料の耐圧が低くなり、耐放電構造の破壊を招く可能性がある。特に、通常のＴＶ表示を考えた画像表示装置では、水平方向（＝行方向）に隣接するメタルバック間の距離が狭く、２次放電しやすい。２次放電が生じると、放電電流が増大し、素子破壊など画像表示上好ましくないダメージが発生する可能性がある。

上記問題の対策として、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、行方向に隣接する発光部材間に抵抗体を配置せずに、行方向の抵抗を規定する工夫がなされている。具体的には、特許文献１には、行列状に分断したメタルバックと、マトリクス状にパターンされた抵抗体を組合せ、行方向に隣接するメタルバック間に抵抗体を配置しない構成が開示されている。特許文献２には、行列状に分断したメタルバックと、列方向に隣接するメタルバック間において行方向に延びるストライプ状の抵抗体とを、発光部材の列側にて接続する構成が開示されている。
特開２００６−１７３０９４号公報 特開２００６−１８５６３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の前面基板は、抵抗体の抵抗値規定と材料耐圧の点で、より一層の向上が望まれていた。特許文献２に記載の前面基板は、行方向の隣接メタルバック間の２次放電を抑制する点で、抵抗体に掛かる電界強度をさらに弱める構成が望まれていた。

本発明は、行方向に隣接する電極同士を接続する抵抗体を有する前面基板において、当該抵抗体の耐圧性能を改善することを目的とする。本発明はまた、このような前面基板を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様に係る前面基板は、基板と、基板上に行列状に位置する複数の発光部材と、各々が少なくとも１つの発光部材を覆い、行列状に位置する複数の電極と、列方向において隣接する電極間に位置し、行方向及び列方向に隣接する電極同士を接続する行方向に延びるストライプ状の抵抗体と、を有している。抵抗体との接続部における行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離は、抵抗体の行方向に延びる縁部に沿った位置で、発光部材を覆っている部分における行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離よりも大きく、列方向における端部領域で、縁部に沿った離間距離よりも小さい。

本発明の一実施態様に係る画像表示装置は、複数の電子放出素子を備えた背面基板と、上述の前面基板と、を有し、電子放出素子から放出された電子によって発光部材が発光するようにされている。

本発明によれば、行方向に隣接する電極同士を接続する抵抗体を有する前面基板において、当該抵抗体の耐圧性能を改善することが容易となる。また、本発明によれば、このような前面基板を用いた画像表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

まず、図１を参照して本発明の一実施形態に係る画像表示装置の基本的な構成を説明する。画像表示装置１５は、各々が矩形状のガラスからなる前面基板４と背面基板５とを有し、両基板４，５は１〜２ｍｍの間隔をおいて対向配置されている。前面基板４と背面基板５は、矩形枠状の側壁６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１４を構成している。

背面基板５の内面上には、後述する発光部材１を励起するための電子ビームを放出する、多数の電子放出素子７が設けられている。これらの電子放出素子７は、発光部材１と対応して複数列および複数行に行列状で配列されており、行列状に配設された行方向配線８、列方向配線９を通じて、真空外囲器１４外の駆動回路（図示せず）によって駆動されるようになっている。不図示の電源や駆動回路等を真空容器１４に付加することで、画像表示装置１５が構成される。

図２は、図１に示す画像表示装置の前面基板の内面図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、図２，３中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２の右下部はメタルバックを剥ぎ取った状態（すなわち、発光部材と抵抗体が露出した状態）を示している。これらの図を参照して、前面基板４の構成について説明する。

前面基板４の内面には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光する多数の蛍光体からなる発光部材１が位置している。本実施形態の画像表示装置１５は典型的な横長画面の画像表示装置であり、長軸方向をＸ方向（行方向）、短軸方向をＹ方向（列方向）としたときに、発光部材１は、Ｘ方向（行方向）、Ｙ方向（列方向）に所定のピッチで行列状に配列されている。Ｒ，Ｇ，Ｂの蛍光体はＸ方向（行方向）に繰り返し配置されている。ここで、「所定のピッチ」は、製造上の誤差の範囲内で配列ピッチが変動する場合、あるいは設計上の理由により配列ピッチが変動する場合を含んでいる。発光部材１は、モノクローム、カラーによらず、沈殿法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法等を用いて塗布形成することができる。

発光部材１上には、アノード電極として機能するメタルバック層（電極）２が形成されている。メタルバック層２はＸ方向（行方向）及びＹ方向（列方向）に分断されている。すなわち、本実施形態では、一つのメタルバック層２が一つの発光部材１に対応し、各メタルバック層２が、対応する発光部材１を画像表示装置１５の内面側から覆っている。メタルバック層２は、発光部材１の形成された、基板のほぼ全域に形成されている。メタルバック層２は、フォトエッチングによりパターニングする方法（フォトリソグラフィ法）を用いて形成することができる。または、所定の開口を有するメタルマスクを遮蔽部材として用いて真空蒸着する（マスク蒸着）方法によってもよい。

Ｙ方向（列方向）に隣接するメタルバック層２の間（電極間）には、Ｘ方向（行方向）に連続して延びる抵抗体３が設けられている。抵抗体３は、図２の右下部分に示すように、Ｙ方向（列方向）に一定幅のストライプ状の形状を有している。抵抗体３は、フォトリソグラフィ法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法などによって形成できる。

図３を参照すると、メタルバック層２は、抵抗体３との接続部Ｓ１では抵抗体３を覆うように、すなわち抵抗体３に乗り上げるように形成されている。この結果、メタルバック層２は、Ｘ方向（行方向）に隣接するメタルバック層２同士、及びＹ方向（列方向）に隣接するメタルバック層２同士を電気的に接続している。後述するように、メタルバック層２の抵抗体３との接続部Ｓ１には、Ｘ方向（行方向）の幅の狭い部分（幅Ｍｘ’)と広い部分（幅Ｍｘ１)とが形成されている。この結果、行方向に隣接するメタルバック層２間には、幅の狭い部分同士を結ぶ抵抗Ｒｘ１と幅の広い部分同士を結ぶ抵抗Ｒｘ２との並列抵抗として構成される抵抗(以下、この並列抵抗をＲｘと呼ぶ場合がある。）が形成される。さらに、列方向に隣接するメタルバック層２間には抵抗Ｒｙが形成される。図３はこのことを模式的に示している。

抵抗体３には、画像表示装置１５に設けられた高圧電源（図示せず）からアノード電位が供給されている。従って、メタルバック層２は、抵抗体３を介してアノード電位に設定され、電子放出素子７から放出された電子ビームはアノード電圧により加速されて発光部材１に衝突し、画像が表示される。

メタルバック層２は、発光部材１を覆う部分Ｓ２におけるＸ方向（行方向）の幅Ｍｘが抵抗体３のＸ方向（行方向）に延びる縁部１０に沿った位置での幅Ｍｘ’よりも大きく形成されている。具体的には、幅Ｍｘは、縁部１０を含む抵抗体との接続部Ｓ１２での幅Ｍｘ’よりも大きく形成されている。この結果、接続部Ｓ１２におけるＸ方向（行方向）に隣接するメタルバック層２同士の行方向の離間距離Ｇｘ’は、発光部材を覆っている部分Ｓ２におけるＸ方向（行方向）に隣接するメタルバック層２同士の行方向の離間距離Ｇｘよりも大きくなっている。また、メタルバック層２の列方向における端部領域Ｓ１１では、Ｘ方向（行方向）に隣接するメタルバック層２同士の行方向の離間距離Ｇｘ１は、縁部１０に沿った離間距離Ｇｘ’よりも小さくされている。本実施形態では離間距離Ｇｘ１は離間距離Ｇｘと等しいが、図５の実施形態に示すように離間距離Ｇｘより大きくてもよい。この構成により、Ｘ方向（行方向）に隣接するメタルバック層２の接続部Ｓ１における平均的な離間距離を大きく確保でき、実質的に抵抗Ｒｘを大きく設定することができる。換言すれば、あるメタルバックで放電が発生すると、隣接するメタルバックから抵抗体３を通して電子が流入するが、抵抗体３との接続部Ｓ１でメタルバック間の平均的な離間距離を大きく取ることで、抵抗体３の行方向の長さを確保することが容易となる。これによって、抵抗体３が隣接メタルバック２間の電位差に耐え易くなり、電極電圧をより高くすることが可能となるのである。従って、高輝度な画像表示が可能な前面基板を得ることができる。なお、メタルバック２間の離間距離Ｇｘは放電電流仕様やプロセス上の都合などから適宜選択することができる。

また、列方向の発光部材の配列数は走査線の本数で限定されるため、実施形態によっては、メタルバック層２の列方向の離間距離Ｇｙが行方向の離間距離Ｇｘよりも大きくなることがある。この場合、抵抗Ｒｙは大きくなるが、先端部を長くすることによって、すなわち接続部Ｓ１のＹ方向（列方向）の長さＬを大きく取ることで、列方向に隣接するメタルバック層２の離間距離Ｇｙを狭め、抵抗Ｒｙを下げることができる。

本実施形態では、隣接するメタルバック層２間の放電耐圧は、接続部Ｓ１におけるメタルバック間の離間距離Ｇｘ’及びＧｘ１で決定される。もし各メタルバック層２が矩形形状で、離間距離Ｇｘ’及びＧｘ１が発光部材１を覆っている部分Ｓ２における離間距離Ｇｘと等しいならば、抵抗体３の高精度なパターン形成や抵抗体の塗り分けによって抵抗Ｒｘを厳密に調整することが必要となる。しかし、接続部Ｓ１における平均的な離間距離は離間距離Ｇｘより大きいため、抵抗体３の形成精度が抵抗Ｒｘに与える影響が緩和され、抵抗体３の高精度なパターン形成は不要である。しかも、離間距離Ｇｘ’及びＧｘ１は発光部材１の配列ピッチとは無関係に決定できるため、調整の自由度も大きい。さらに、抵抗体３は、Ｘ方向（行方向）に一定の幅で延びる膜を形成するだけでよいため、製造プロセスも簡略化される。

また、本実施形態ではメタルバック層２の列方向の先端部に幅Ｍｘ’よりも幅広（幅Ｍｘ１)の領域を設けているが、このような構成とすることで以下のメリットが得られる。すなわち、もし幅広の領域を設けていないと仮定すると、抵抗Ｒｘは、抵抗層３の縁部１０近傍の形状に大きく左右される。しかし、抵抗層３の行方向に沿った縁部１０の形状を均一に作成することは困難であるため、抵抗層３の列方向の幅や縁部１０における膜厚がばらつき（例えば縁部がギザギザの形状になる等。）、その結果、抵抗Ｒｘが大きくばらつく可能性がある。これに対し、本実施形態では、抵抗Ｒｘは、幅の狭い部分同士を結ぶ抵抗Ｒｘ１と幅の広い端部領域同士を結ぶ抵抗Ｒｘ２との並列抵抗として構成されている。抵抗Ｒｘ１は縁部１０の形状の影響を受けて変動しやすいが、抵抗Ｒｘ２は縁部１０の形状に影響されにくい。このため、抵抗Ｒｘ２を設けることによって、抵抗Ｒｘ１が、抵抗Ｒｘに与える変動の影響を緩和することができる。したがって、抵抗層３の行方向に沿った端面１０の形状むらが抵抗Ｒｘに与える影響も緩和され、抵抗Ｒｘのばらつきを低減させることが可能となる。

（実施例１）
図２〜４に示した構成の前面基板を以下の工程により作製した。ガラス基板として、厚さ２．８ｍｍのガラス基板（ＰＤ２００、旭硝子社製）を用い、その上に遮光層としてＮＰ−７８０３Ｄ（ノリタケ機材社製）を形成した。次に、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光部材１を塗布焼成した後、ディスペンサ法で行方向に延びる長尺の抵抗体３を形成した。さらに、発光部材１の上にメタルバック層２をフォトリソグラフィ法により形成した。

本実施例では、放電電流を１Ａ以下に低減し、分断したメタルバック層２間に放電時に発生する電位差による２次的な放電を防ぐとともに、駆動時のアノード電位降下を２５０Ｖ以下に抑えて輝度低下を許容レベルにすることを目標とした。そのためには、Ｒｘ＝２５０ｋΩ、Ｒｙ＝２５０ｋΩで作成する必要がある。これらの値は、抵抗、容量、インダクタンス等が２次元的につながった等価回路モデルで事前に計算を行い算出した。求められる放電電流、隣接メタルバック間に発生する電位差、駆動時の輝度低下量に応じ、事前に等価回路モデルを立て計算を行うことにより、必要とされるＲｘ、Ｒｙの抵抗値を求めることが可能である。

本実施例では、メタルバック層２としてアルミニウム（Ａｌ）を用い、Ｒｘ＝２５０ｋΩ、Ｒｙ＝２５０ｋΩの抵抗値を実現した。図４を参照すると、具体的には、メタルバック層２の行方向の幅Ｍｘを１６０μｍで形成した。また、行方向に隣接するメタルバック層２の離間距離（Ｇｘ）を５０μｍ、列方向に隣接するメタルバック層２の離間距離（Ｇｙ）を８０μｍで形成した。さらに、抵抗体３として体積抵抗が５Ω・ｍの抵抗材を用い、抵抗体３の列方向の幅を２００μｍ、膜厚を１０μｍで形成した。メタルバック層２と抵抗層３の境界部におけるメタルバック層２の幅を局所的に狭くし、その行方向の幅（Ｍｘ’）を６０μｍ、メタルバック層２の先端部分における列方向の幅（Ｗｘ）を５０μｍで形成した。本実施例においては、メタルバック層２の先端部分に抵抗層３を形成するため、Ｒｘ、Ｒｙの抵抗値は隣接するメタルバック層２の先端部分の幅、間隔、長さにより規定される。
Ｒｘ＝５Ω・ｍ／１０μｍ×５０μｍ／１００μｍ
Ｒｙ＝５Ω・ｍ／１０μｍ×８０μｍ／１６０μｍ
メタルバック層２と抵抗層３の境界部における、抵抗層３の列方向の線幅ばらつき（±２０μｍ）、膜厚ばらつき（±５μｍ）が存在するとき、Ｒｘの抵抗値ばらつきは各々６．６７％、３．２３％となる。これより、Ｒｘの抵抗値ばらつきが従来例における抵抗値のばらつき（各々２０％、９．１％）から大幅に改善されたことが分かる。

この前面基板を用いた画像表示装置を用い、内部の真空度を悪化させて耐放電テストを行ったところ、放電電流が１Ａ以下に低減されていることが確認できた。行方向・列方向に分断したメタルバック層２間に発生する電位差による２次的な放電は発生しなかった。放電個所に点欠陥も発生せず、放電前の状態を維持することができた。また、画像形成装置の駆動時のアノード電位降下は２５０Ｖ以下になり、輝度低下も目視で確認する上では問題が無かった。

（実施例２）
図５に示す発光体基板および画像表示装置を実施例１と同様の製法によって形成した。本実施例が実施例１と異なるのは、メタルバックの形状である。本実施例では、メタルバック層２としてＡｌを用い、Ｒｘ＝３６７ｋΩ、Ｒｙ＝２５０ｋΩの抵抗値を実現した。具体的には図５に示すように、メタルバック層２の行方向の幅（Ｍｘ）を１６０μｍで形成した。また、行方向に隣接するメタルバック層２の離間距離（Ｇｘ）を５０μｍ、列方向に隣接するメタルバック層２の離間距離（Ｇｙ）を５０μｍで形成した。さらに、抵抗層３として体積抵抗が５Ω・ｍの抵抗材を用い、抵抗層３の列方向の幅を２２０μｍ、膜厚を１０μｍで形成した。メタルバック層２と抵抗層３の境界部におけるメタルバック層２の幅を局所的に狭くし、その行方向の幅（Ｍｘ’）を６０μｍ、メタルバック層２の先端部分における列方向の幅（Ｗｘ）を７５μｍで形成した。また、メタルバック層２の先端部分における行方向の幅（Ｍｘ１）を１００μｍで形成した。したがって、行方向に隣接するメタルバック層２の先端部分の離隔距離（Ｇｘ’）は１１０μｍとなる。本実施例においては、メタルバック層２の先端部分に抵抗層３を形成するため、Ｒｘ、Ｒｙの抵抗値は隣接するメタルバック層２の先端部分の幅、間隔、長さにより規定される。
Ｒｘ＝５Ω・ｍ／１０μｍ×１１０μｍ／（７５×２）μｍ
Ｒｙ＝５Ω・ｍ／１０μｍ×５０μｍ／１００μｍ
メタルバック層２と抵抗層３の境界部における、抵抗層３の列方向の線幅ばらつき（±２０μｍ）、膜厚ばらつき（±５μｍ）が存在するとき、Ｒｘの抵抗値ばらつきは各々９．７８％、４．６７％となる。これより、Ｒｘの抵抗値ばらつきが従来例の抵抗値ばらつき（各々２０％、９．１％）から大幅に改善されたことが分かる。

この前面基板を用いた画像表示装置を用い、内部の真空度を悪化させて耐放電テストを行ったところ、放電電流が１Ａ以下に低減されていることが確認できた。行方向・列方向に分断したメタルバック層２間に発生する電位差による２次的な放電は発生しなかった。放電個所に点欠陥も発生せず、放電前の状態を維持することができた。また、画像形成装置の駆動時のアノード電位降下は２５０Ｖ以下になり、輝度低下も目視で確認する上では問題が無かった。

以上のように、量産に適したプロセスで製造可能な構成の前面基板、およびこれを用いた画像表示装置の耐放電性能を確認することができた。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置の部分破断斜視図である。 図１に示す画像表示装置の前面基板の内面図である。 図２の部分拡大図である。 図２，３中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態に係る前面基板の部分拡大内面図である。

符号の説明

１ 発光部材
２ メタルバック層
３ 抵抗体
Ｓ１ 抵抗体との接続部
Ｓ１１ メタルバック層２の列方向における端部領域
Ｓ１２ 接続部
７ 電子放出素子
１５ 画像表示装置
Ｇｘ 部分Ｓ２におけるメタルバック層同士の行方向の離間距離
Ｇｘ’ 接続部Ｓ１２におけるメタルバック層同士の行方向の離間距離
Ｇｘ１ 端部領域Ｓ１１におけるメタルバック層同士の行方向の離間距離

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に行列状に位置する複数の発光部材と、
   各々が少なくとも１つの前記発光部材を覆い、行列状に位置する複数の電極と、
   列方向において隣接する前記電極間に位置し、行方向及び該列方向に隣接する電極同士を接続する行方向に延びるストライプ状の抵抗体と、
   を有する前面基板において、
   前記抵抗体との接続部における前記行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離は、前記抵抗体の前記行方向に延びる縁部に沿った位置で、前記発光部材を覆っている部分における前記行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離よりも大きく、前記列方向における端部領域で、前記縁部に沿った離間距離よりも小さいことを特徴とする前面基板。
2. 前記列方向における端部領域での前記行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離は、前記発光部材を覆っている部分における前記行方向に隣接する電極同士の行方向の離間距離よりも大きい、請求項１に記載の前面基板。
3. 複数の電子放出素子を備えた背面基板と、
   請求項１または２に記載の前面基板と、
   を有し、前記電子放出素子から放出された電子によって前記発光部材が発光する、画像表示装置。

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