JP2010061999A - 発光体基板及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電流低減性能に優れた特徴を持つ発光体基板を提供する。
【解決手段】基板１上に、Ｘ方向及びＹ方向に複数の蛍光体４を配置し、該蛍光体４上にメタルバック５を配置し、Ｘ方向において隣接する蛍光体４間にＹ方向に延びるリブ６を配置し、該リブ６上にＹ方向に隣接するメタルバック５間を電気的に接続する第１の抵抗体７を形成し、リブ６下にＸ方向に隣接するメタルバック５間を電気的に接続する第２の抵抗体８を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線表示装置のフェースプレートに適用される発光体基板と、該基板を用いて構成された画像表示装置に関するものである。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べた電子源基板と、該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する、複数の発光体層を備えた発光体基板とを有し、それらを対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進められている。電子放出素子には様々な種類があるがいずれも基本的には電界放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、一般に、フィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれている。ＦＥＤの内、表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）とも呼ばれているが、本願においてはＳＥＤも含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤは、１乃至２ｍｍ程度の狭いギャップを置いて対向配置された電子源基板（リアプレート）と発光体基板(フェースプレート)とを有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接合することにより真空容器を構成している。真空容器の内部は、真空度が１０^-4Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。

電子源基板の内面には、電子を放出する多数の電子放出素子が設けられ、多数の走査線及び信号線がマトリックス状に形成され、各電子放出素子に接続されている。発光体基板の内面には、発光体層としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、青（Ｂ）の蛍光体が形成され、アノード電圧が印加される。電子放出素子から出た電子ビームがアノード電圧により加速されて蛍光体に衝突することにより、蛍光体が発光し映像が表示される。また、任意の蛍光体に入射する電子の一部が反射し、隣接する蛍光体に入射するのを防ぐため、蛍光体間にはリブが設けられている。

上記のように構成されたＦＥＤにおいて、実用的な表示特性を得るために、通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、更に、蛍光体の上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成して用いている。この場合、メタルバックに印加するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ以上にすることが望まれる。

しかしながら、発光体基板と電子源基板との間のギャップは、解像度やスペーサの特性などの観点からあまり大きくすることはできず、１乃至２ｍｍ程度に設定する必要がある。したがって、ＦＥＤでは、これら基板間の小さいギャップに強電界が形成されることが避けられず、両基板間の放電が問題となる。

放電ダメージ抑制に関して何の対策も導入しないと、放電により電子放出素子、蛍光体、ドライバＩＣ、駆動回路の破壊や劣化が引き起こされる。これらをまとめて放電ダメージと呼ぶことにする。このようなダメージが起こる状況では、ＦＥＤを実用化するためには、長期間に渡り、放電が絶対に発生しないようにしなければならない。しかし、これを実現するのは非常に難しい。

そこで、放電が起きても放電ダメージが発生しないか無視できるレベルに抑制できるように、放電電流を低減する対策が重要となる。このための技術として、メタルバック（一般的にはアノード電極）を分断する技術が公知である。メタルバック分断には大きく分けて、１方向のみに分断し短冊状の分割メタルバックにする１次元分断と、２方向に分割し、アイランド状の分割メタルバックにする２次元分断とがある。２次元分断では１次元分断よりも放電電流を小さくすることが可能である。

メタルバックを分断した場合、ビーム電流の経路を確保し輝度低下を許容レベルにすることと、放電時に分断したギャップ間に発生する電位差による放電を防ぐようにすることが必要である。これに関し、特許文献１には、分割メタルバック間に抵抗体を設ける構成が開示されている。

特開２００６−１７３０９４号公報

典型的なＦＥＤの構成においては、ＲＧＢの蛍光体が行方向（Ｘ方向）に並ぶことになり、Ｘ方向の蛍光体間の距離が狭くなる。その場合、反射電子による隣接クロストーク（ハレーション）の影響はＸ方向に顕著に現れる。そのため、列方向（Ｙ方向）に延びる列ストライプ状のリブをＸ方向に隣接する蛍光体の間に形成する。このリブにより、反射電子がＸ方向に隣接する蛍光体に入射するのを防ぐ。２次元分断を構成する際、分割メタルバックをＹ方向につなぐための抵抗材をリブの上部に形成し、Ｘ方向にはリブ自身で分割メタルバックをつなぐ構成が考えられる。しかし、リブをガラスなどの絶縁部材で形成すると分割メタルバック間のＸ方向の抵抗は高くなってしまい、放電時に発生する電圧が増大する。発生電圧がリブの耐圧よりも大きくなると耐圧破綻が起こり、Ｘ方向に破綻の連鎖が起こることで低インピーダンスでメタルバックがつながってしまい、２次元分断による電流制限が機能せず大電流が流れてしまう。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、放電電流低減性能に優れた特徴を持つ発光体基板及び該発光体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。

本発明の第１は、基板と、
前記基板の上に第１の方向及び該第１の方向に直交する第２の方向においてそれぞれ間隔をおいて配置された複数の発光体層と、
前記第２の方向において隣接する発光体層の間に配置された第１の方向に延びる複数本のリブと、
各々が少なくとも一つの前記発光体層を覆い、第１の方向及び第２の方向にそれぞれ間隔をおいて配置された複数のメタルバックと、
前記リブ上に形成され、第１の方向において隣接するメタルバック間を電気的に接続する第１の抵抗体と、
前記リブ下に形成され、第２の方向において隣接するメタルバック間を電気的に接続する第２の抵抗体と、を有し、
前記第１の方向において隣接するメタルバック間の距離が、第２の方向において隣接するメタルバック間の距離よりも長く、第１及び第２の抵抗体の体積抵抗が、リブの体積抵抗よりも低いことを特徴とする発光体基板である。

本発明の第２は、電子放出素子を複数備えた電子源基板と、上記本発明の第１の発光体基板とを互いに対向配置させてなることを特徴とする画像表示装置である。

本発明によれば、放電時に発生する分割メタルバック間の電圧を抑えることができるため、放電電流低減性能に優れた特徴を持つ画像表示装置を提供することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

先ず、図１を参照して本発明が適用されるＦＥＤの一般的な構造を説明する。図１（ａ）は本発明の発光体基板の一実施形態の内面図、図１（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’断面図、図１（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’断面図である。本例において、本発明にかかる第１の方向がＹ方向、該第１の方向に直交する第２の方向がＸ方向である。

基板１の内面には、本発明の発光体層である蛍光体４が、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ間隔をおいて複数配置されている。基板１に蛍光体４を配置する方法は、モノクローム、カラーによらず、沈殿法、スクリーン印刷法、ディスペンサ法等による塗布が採用できる。また、通常、黒色部材で形成されたブラックストライプ或いはブラックマトリクスが基板１上に形成され、その開口部に蛍光体４が配置される。図中の２はブラックマトリクスであり、２ａはその開口部である。

蛍光体４上には、アノード電極として機能するメタルバック５が、少なくとも一つの蛍光体４を覆ってＸ方向及びＹ方向にそれぞれ複数形成されている。本例においては、各メタルバック５は、一つの蛍光体４を覆っている。Ｘ方向及びＹ方向に分割されたメタルバック５の形成は、蛍光体４の形成された基板１全面にメタルバック５を形成し、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）が採用できる。また、所望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（通常マスク蒸着と呼ぶ）方法等も適時選択することができる。

基板１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光する多数の蛍光体４を有する。典型的な横長画面のＦＥＤを想定して説明すると、長軸方向をＸ方向とし、短軸方向をＹ方向とした場合に、蛍光体４は、Ｘ方向、Ｙ方向に所定のピッチで繰り返し配列されている。尚、所定のピッチといっても製造上の誤差の範囲内で、或いは、設計上の都合の範囲内で変動することは許容される。

Ｘ方向に並んでいるＲＧＢの蛍光体４の間には、Ｙ方向に延びたストライプ状のリブ６がそれぞれ設けられている。この複数本のリブ６は、蛍光体４に入射する電子の一部が反射し、Ｘ方向に隣接した蛍光体４に入射するのを防ぐ役割を果たしている。また、リブ上（リブトップ）にはリブ６に沿って第１の抵抗体７が設けられている。この第１の抵抗体７は、画像表示領域外でアノード電位を供給する電極に接続されている。さらに、リブ下（リブボトム）には第１の抵抗体７と交差する方向（Ｘ方向）に第２の抵抗体８が設けられている。この第２の抵抗体８は、Ｙ方向に隣接するメタルバック５を電気的に接続するように形成されている。これらのリブ６や第１の抵抗体７、第２の抵抗体８の形成は、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法、ディスペンサ法などの方法が採用できる。

ここで、メタルバック５のＸ方向のギャップをＧｘ、Ｙ方向のギャップをＧｙとすると、Ｘ方向にはＲＧＢの蛍光体４が並んでいることから、Ｇｘ＜Ｇｙとなっている。図１において、Ｙ方向におけるメタルバック５の分断のピッチ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。

２次元分断構造において放電電流をできるだけ低減するためには、メタルバック５のＸ方向のギャップをつなぐ抵抗（Ｒｘ）、Ｙ方向のギャップをつなぐ抵抗（Ｒｙ）をできるだけ高くすることが望まれる。しかしながら、リブボトムに第２の抵抗体８を形成せず、Ｒｘをリブ６のような絶縁部材のみを用いて形成するとＲｘが非常に高抵抗になるため、放電時にＧｘに発生する電圧が高くなる。しかもメタルバック５のＸ方向のギャップは狭いため、Ｇｘ間の耐圧破綻が問題となる。これを避けるためには、Ｒｘの抵抗値を放電電流があまり増加しない程度に下げることが望まれる。

従って、本発明では、リブボトムに第２の抵抗体８を設けることでＲｘの抵抗値を下げ、放電時にＧｘ間の発生電圧を抑えることが可能となる。

本発明において、第１の抵抗体７の形状は図１に例示するように単純な帯状とすることがシンプルであり製造上望ましい。しかしながら、第１の抵抗体７の役割はＧｙの抵抗Ｒｙを調整することであり、Ｙ方向において隣接するメタルバック５間を電気的に接続するように形成されていれば形状は任意に選ぶことができる。よって、より複雑な形状にしたり、ところどころで断絶させて不連続な構造にすることも可能である。

また、第１の抵抗体７は全てのリブトップに設けることが必須ではなく、メタルバック６が２以上の蛍光体４を覆うように形成されている場合には、Ｙ方向において隣接するメタルバック５間を電気的に接続しうる少なくとも１本のリブ６上に形成すればよい。例えば、図２に示すように、メタルバック５がＹ方向に隣接する３つの蛍光体４を覆い、Ｙ方向一端に位置するリブ６上で第１の抵抗体８に接続されている場合、該蛍光体４間の位置する２本のリブ６上には第１の抵抗体７を形成しなくても良い。

また、第２の抵抗体８についても同様に、図１に示すように単純な帯状とすることがシンプルであり製造上望ましい。しかしながら、第２の抵抗体８の役割はＧｘの抵抗Ｒｘを調整することであり、Ｘ方向において隣接するメタルバック５間を電気的に接続していれば、形状は任意に選ぶことができる。よって、より複雑な形状にしたり、ところどころで断絶させて不連続な構造にすることも可能である。

本発明に係る第１の抵抗体７、第２の抵抗体８はリブ６よりも十分抵抗が低い必要があり、好ましくは１０Ω・ｍ以下である。また、第１の抵抗体７、第２の抵抗体８の抵抗値は、画像表示装置の駆動時に電圧降下による輝度低下が著しく発生しないことが望まれる。１電子放出素子の放出電流が１乃至１０μＡの場合、第１の抵抗体７、第２の抵抗体８の抵抗値は１ｋΩ乃至１ＧΩが好ましい。抵抗値の実用的な上限は電圧降下が印加電圧の１乃至数割程度以下であり、且つ輝度ムラを生じない範囲で決められる。また、第１の抵抗体７、第２の抵抗体８の耐圧特性は、１ＭＶ／ｍ以上であるのが好ましい。

尚、図１にブラックマトリクス２で示したように、一般的にＦＥＤにおいては蛍光体４の間には黒色かそれに近い色の遮光層を設けることがコントラストを高める上で望ましい。本発明に係るリブ６や第１の抵抗体７、第２の抵抗体８は遮光層を兼ねても良いし、使用する材料が遮光層にはふさわしくない色の場合は、図１のようにブラックマトリクス２、或いはブラックストライプを設ければよい。

また、本例ではリブ６の形成方向をＹ方向のみとしたが、Ｘ方向のみ、或いはＸＹ両方向に形成する場合もありうる。その場合でも、抵抗体をリブトップとリブボトムに形成し、抵抗体が互いに交差するように配置すれば同様の効果が期待できる。

Ｘ方向、Ｙ方向は典型的には横長画面の長軸方向、短軸方向となるが、一般的にはＧｘ＜Ｇｙとなるかどうかにより定義される。典型的には長軸方向にＲＧＢの蛍光体４が並ぶため長軸方向がＸ方向となるが、ＦＥＤの構成によっては短軸方向がＸ方向となることもありうる。

次に、本発明の発光体基板を用いた画像表示装置について説明する。図３は、図１の発光体基板を用いた画像表示装置の一実施形態の表示パネルの構成を模式的に示す斜視図であり、一部を切り欠いて示している。図中、図１と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。また、図３においては、便宜上、第１の抵抗体７を省略している。

図３において、１８は図１に例示した発光体基板であるフェースプレートである。また、１１は電子源基板であり、表面伝導型電子放出素子１４を複数備え、該素子はＸ方向配線１２及びＹ方向配線１３によりマトリクス配線され、リアプレート１４上に搭載されている。Ｘ方向配線１２はｍ本、Ｙ方向配線１３はｎ本、そして素子１４はｍ×ｎ個形成されている。ｍ及びｎは正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。

また、図３において１６は支持枠であり、フェースプレート１８及びリアプレート１５とで真空容器１７を形成し、内部が１０^-4Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。真空容器１７に不図示の電源や駆動回路等を加えて画像表示装置をなす。簡単に説明すると、メタルバック５は真空容器１７のＨｖ端子１９と電気的に接続され、高圧電源より１ｋＶ乃至１５ｋＶ程度の高圧が印加される。Ｘ方向配線１２及びＹ方向配線１３は、それぞれ真空容器１７の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ及びＤｙ１乃至Ｄｙｎと電気的に接続され、駆動回路より、それぞれ走査信号、画像信号が与えられる。電子放出素子１４は信号に応じた電子を放出し、該電子はメタルバック５電位に引き寄せられ、メタルバック５を突き抜け、蛍光体４を発光せしめる。上記、高圧や信号によって輝度を調整することが可能である。電子の一部は拡散反射し、さらにその一部は再度蛍光体を発光せしめる、いわゆるハレーションを引き起こす。そこで、フェースプレート１８として本発明の発光体基板を用いれば、ハレーションを抑制でき、耐放電機能の優れた画像表示装置を提供することとが可能となる。

（実施例１）
図１に示した構成の発光体基板を以下の工程により作製した。

基板１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ＮＰ−７８０３Ｄ（ノリタケ機材社製）を用いてブラックマトリクス２を形成した（図４）。次に、フォトリソグラフィ法で第２の抵抗体８、リブ６、第１の抵抗体７をそれぞれこの順で形成した（図５）。さらに、ＲＧＢの蛍光体４を塗布焼成した（図６）後、蛍光体４の上に島状のメタルバック５を真空蒸着法により形成した（図１）。

本例では、メタルバック５としてＡｌを用い、Ｘ方向の長さを１６０μｍ、Ｙ方向の長さを２００μｍで形成し、Ｇｘ＝５０μｍ、Ｇｙ＝４３０μｍとした。リブ６としては体積抵抗が１００ｋΩ・ｍの絶縁部材を用い、幅を５０μｍ、高さを２００μｍで形成した。第１の抵抗体７としては体積抵抗が１０Ω・ｍの抵抗材を用いた。第１の抵抗体７はリブ６の上部に形成されるため、第１の抵抗体７の幅を、リブ６の幅と同じ５０μｍ、膜厚を１０μｍで形成した。また、第２の抵抗体８として体積抵抗が１０Ω・ｍの第１の抵抗体７と同じ抵抗材を用い、幅を２００μｍ、膜厚を１０μｍで形成した。

本例においては、リブボトムに第２の抵抗体８を設けることにより、Ｒｘの抵抗値を下げることができた。リブ６のみでＲｘを形成した場合の抵抗値はＲｘ＝１２５ＭΩであったのに対し、リブボトムに第２の抵抗体８を形成した場合の抵抗値はＲｘ＝２５０ｋΩとなった。

この発光体基板を用いた画像表示装置を用いて、内部の真空度を悪化させることによる耐放電テストを行ったところ、Ｘ方向の耐圧破綻は起こらず、放電時に流れた電流が低減されていることが確認できた。

さらに、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、画像表示装置の駆動時の電圧降下は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。

本例のリブボトムに第２の抵抗体８を形成した発光体基板と、リブボトムに第２の抵抗体８を形成しない以外は本例と同じ構成の発光体基板で、放電時におけるＧｘ部の発生電圧Ｖｘを計算したところ、本例の構成ではＶｘ＝０．８ｋＶであった。これに対し、リブボトムに第２の抵抗体８を形成しない発光体基板ではＶｘ＝３．５ｋＶであった。これにより、発生電圧を従来の１／４程度にすることができ、より放電に対する要求が厳しいＦＥＤについても耐圧破綻は起こらず、放電ダメージをなくすことができることがわかった。

本発明の発光体基板の好ましい実施形態の構成を模式的に示す図である。 本発明の発光体基板の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。 本発明の画像表示装置の一実施形態の表示パネルの構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施例における発光体基板の製造工程を模式的に示す図である。 本発明の実施例における発光体基板の製造工程を模式的に示す図である。 本発明の実施例における発光体基板の製造工程を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ ブラックマトリクス
２ａ 開口部
４ 蛍光体層
５ メタルバック
６ リブ
７ 第１の抵抗体
８ 第２の抵抗体

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板の上に第１の方向及び該第１の方向に直交する第２の方向においてそれぞれ間隔をおいて配置された複数の発光体層と、
   前記第２の方向において隣接する発光体層の間に配置された第１の方向に延びる複数本のリブと、
   各々が少なくとも一つの前記発光体層を覆い、第１の方向及び第２の方向にそれぞれ間隔をおいて配置された複数のメタルバックと、
   前記リブ上に形成され、第１の方向において隣接するメタルバック間を電気的に接続する第１の抵抗体と、
   前記リブ下に形成され、第２の方向において隣接するメタルバック間を電気的に接続する第２の抵抗体と、を有し、
   前記第１の方向において隣接するメタルバック間の距離が、第２の方向において隣接するメタルバック間の距離よりも長く、第１及び第２の抵抗体の体積抵抗が、リブの体積抵抗よりも低いことを特徴とする発光体基板。
2. 電子放出素子を複数備えた電子源基板と、請求項１に記載の発光体基板とを互いに対向配置させてなることを特徴とする画像表示装置。

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