JP2010067599A - 発光体基板及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

発光体基板及びこれを用いた画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】隣接する異なる発光色の発光部材間にリブを形成してハレーションを抑制すると同時に、隣接するメタルバック間が放電時の電位差に耐え、所望の放電電流抑制能力を発揮しうる発光体基板を提供する。
【解決手段】基板2から突出するリブ6を複数本平行に形成し、隣接するリブ6間に蛍光体4を配置し、該蛍光体4上に、リブ6に沿った方向において複数に分割されたメタルバック5を配置し、該メタルバック5を、リブ6上に形成した給電抵抗体7に接続導体8を介して接続し、給電抵抗体7を、高抵抗のカバー部材9で覆う。
【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。
電子線表示装置は、電子源と、該電子源からの電子によって発光する発光体基板とからなり、特に、電子放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた表示装置は、従来の他の方式の表示装置よりも優れた特性が期待されている。例えば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるため、バックライトを必要としない点や、視野角が広い点、動きの速い映像の表示に優れている。
このような電子放出素子を用いた表示装置においては、電子放出素子を複数備えた電子源基板と、発光部材とメタルバックとを配置した発光体基板とを対向配置させてなる。ここで、一旦発光部材に入射した電子が、該発光部材から放出されて他の位置の発光部材に入射してしまう光学的クロストーク(ハレーション)を防止する手段として、特許文献1には、発光体基板上に隔壁(リブ)を設けた構成が開示されている。
また、メタルバックを電気的に小さい領域に分断することで放電時のダメージを低減し、さらに、隣接するメタルバック間にリブを設けることでメタルバックの安定化を図った構成が特許文献2に開示されている。
特開2004−158232号公報 特開2006−92878号公報
特許文献1、2に開示された構成は、リブを有することでハレーションの問題は解消される。しかしながら、メタルバックの電位をより高くした場合や、ディスプレイの解像度をより高精細にした場合において、隣接するメタルバック間の電位差に耐えうる構造が求められていた。
本発明の目的は、隣接する異なる発光色の発光部材間にリブを形成してハレーションを抑制すると同時に、隣接するメタルバック間が放電時の電位差に耐え、所望の放電電流抑制能力を発揮しうる発光体基板を提供することにある。さらには、該発光体基板を用いて、コントラストが高く、放電耐性の高い画像表示装置を提供することにある。
本発明の第1は、
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、
前記複数の発光部材間に位置し、該発光部材よりも前記基板面から突出するリブと、
各々が少なくとも一つの前記発光部材を覆い、互いに間隙をおいて行列状に位置する複数の導体と、
前記複数の導体を電気的に接続する給電抵抗体とを有する発光体基板であって、
前記給電抵抗体が前記リブの上に位置し、前記給電抵抗体上に該給電抵抗体を覆う該給電抵抗体よりも高抵抗なカバー部材を有することを特徴とする発光体基板である。
本発明においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記カバー部材が、給電抵抗体上を全て覆っている。
本発明の第2は、複数の電子放出素子を有する電子源基板と、前記第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り、前記カバー部材と当接して、前記電子源基板と発光体基板との間に位置するスペーサを更に有し、前記カバー部材の抵抗が、スペーサの抵抗よりも低い、さらには、前記給電抵抗体は、前記リブの一部の上に位置し、前記給電抵抗体が位置しない前記リブの部分上にも前記カバー部材を有していることを好ましい態様として含む。
本発明の発光体基板においては、メタルバックを複数に分割することで、放電時の放電電流が抑制され、また、リブを設けたことで、ハレーションが抑制され、色再現性の良い画像を表示することができる。さらに、リブ上の給電抵抗体が高抵抗のカバー部材で覆われていることにより、二次的な放電が抑制される。よって、本発明の発光体基板を用いた画像表示装置は、コントラストが高く、放電耐性に優れるため、高画質の画像を安定して表示することができる。
本発明の発光体基板の好ましい一実施形態の構成を模式的に示す図である。 図1の発光体基板に用いた黒色部材の構成を示す平面模式図である。 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。 本発明の画像表示装置の他の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。 本発明の実施例の発光体基板の製造工程を示す図である。 本発明の実施例の発光体基板の製造工程を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の発光体基板は、電子線表示装置用フェースプレートに適用でき、例えば、電界放出ディスプレイ(FED)、ブラウン管(CRT)に適用できる。特に、FEDではビーム径が絞りやすく、ハレーションを抑制することによって色再現性が格段に向上する。また、FEDではアノードとカソードとの間が高電界になるため、万が一放電した場合においても画像表示能力が劣化しないような耐放電能力が求められる。よって、フェースプレートとして本発明の発光体基板が好ましく適用される。
本発明の実施の形態について、FEDの中でも特に表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置を例に挙げ、図面を用いて具体的に説明する。
図1(a)は本発明の発光体基板の好ましい一実施形態の内面を示す平面模式図であり、図1(b)は(a)のA−A’断面模式図である。以下に構成を述べる。
図1中、2は基板で、特に、真空維持や強度の点でガラス基板が好ましい。また、3は基板上に設けられた黒色部材、4は発光部材である蛍光体、5は導体であるメタルバック(アノード電極)、6はリブである。
黒色部材3は開口部を開け、格子状(ブラックマトリクス)に形成されている。前記開口部には蛍光体4が形成され、カラー表示の場合はRGBに塗り分けられている。塗り分けパターンは表示特性に応じて適宜決定でき、特に限定するものではない。図2は、図1に用いた黒色部材3の平面図であって、格子状の黒色部材3に、蛍光体4(図2では、R,G,Bで図示している)を行列状に塗り分けている。
本発明においては、ハレーション抑制用に、基板面(基板2の表面)から突出するリブ6が、少なくとも一方向に複数本平行に配置されている。本例においては、Y方向に伸びるリブ6が黒色部材3上に形成されており、リブ6の高さは画素サイズやアノード電圧などによって、適宜選択される。蛍光体4は、隣接するリブ間に行列状に配置されている。換言すると、リブ6は発光部材間(蛍光体4の間)に位置している。
導体であるメタルバック5は、蛍光体4の発光のうち内面側への光を基板2側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、及び、電子ビーム加速電圧を印加するためのアノード電極として作用することである。本発明において導体であるメタルバック5は、放電時に放電電流を抑制するために、リブ6に平行な方向に互いに間隙を空けて複数に分割されており、蛍光体4上に配置される。本例においては、各々が黒色部材3に設けた開口部を覆うように蛍光体4上に行列状に形成されている。尚、以下においては、導体であるメタルバック5を単にメタルバック5と表現して説明する。
前記リブ6上には、アノード電位供給用の給電抵抗体7が形成され、該給電抵抗体7が形成されたリブ6に沿って配置されたメタルバック5と該給電抵抗体7とを電気的に接続する接続導体8がリブ6の側面に配置されている。尚、接続導体8はメタルバック5をリブ6の側面に延長することで、メタルバック5で代用することも可能である。また、高抵抗なリブ6を用いた場合は、接続導体8は省略できる。
さらに、本発明においては、給電抵抗体7上の、少なくともメタルバック5に沿った領域を覆うように、カバー部材9が形成されている。本例においては、給電抵抗体7上の該領域は接続導体8が覆っているため、カバー部材9は該接続導体8を覆うように形成され、さらに、Y方向において隣接する領域間の給電抵抗体7上にも連続してカバー部材9が形成されている。
係るカバー部材9は、給電抵抗体7よりも高抵抗の材料で形成される。放電発生時には隣接する給電抵抗体7間で電位差が生じ、アノード電位を高くした場合や、ディスプレイ解像度をより高精細にした場合などは、隣接する給電抵抗体7間の電界強度が強くなり、二次的な放電を起こす可能性がある。このようなカバー部材9で給電抵抗体7を覆っておくことにより、この二次的な放電を抑制することができ、所望の放電電流抑制機能を得ることができる。放電抑制効果としては、給電抵抗体上の、少なくとも該給電抵抗体7に隣接するメタルバック5に沿った領域を覆っていればよいが、製造上の容易性も含めて、好ましくは給電抵抗体7全体を覆う。
尚、リブ6は、パターン印刷を積層する方法、厚膜をブラストする方法、またはスリットコート法など、既知の加工法によって形成することができる。中でも生産性、精度や大画面対応の点からブラスト加工が好ましい。リブ6は、体積抵抗が100Ω・m以上であるものが好ましい。
また、給電抵抗体7やカバー部材9はパターン印刷やディスペンサなど、既知の加工法によって形成することができる。中でも精度や生産性の点からパターン印刷が好ましい。給電抵抗体7としては、体積抵抗が0.01乃至10Ω・mであるものが好ましく、カバー部材9としては体積抵抗が100Ω・m以上であるものが好ましく用いられる。
リブ6、給電抵抗体7、カバー部材9はそれぞれ、市販のペースト材料を印刷、必要に応じてパターニングし、焼成して形成することができる。
さらにメタルバック5や接続導体8は既知の成膜方法において、マスキングするか、エッチングによってパターン化することが可能である。中でも、マスク蒸着が好ましい。メタルバック5と接続導体8は同時に形成しても、別々に形成しても良く、材料としては、アルミニウム、チタン、クロムなどが用いられる。
尚、図1の例ではリブ6はY方向に平行に形成されたが、本発明においては、X方向にも複数本平行に形成し、図3に示すように格子状にすることも可能である。これによって、二次元方向においてハレーションを抑制することができ、好ましい。
また、図1の例では、全てのリブ6上に給電抵抗体7を形成し、該リブ6の一方の側面に沿って配置するメタルバック5を該給電抵抗体7に接続しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明においては、メタルバック5がX方向において複数個、リブ6を跨いで形成された接続導体8によって電気的に接続されたアノード領域を形成しても良い。この場合、給電抵抗体7が、一つのアノード領域に少なくとも1本電気的に接続されるように配置されればよい。即ち、一つのアノード領域内に少なくとも1本の給電抵抗体7が接続されていれば、該アノード領域内に位置するリブ6の全てに給電抵抗体7を形成する必要はなく、給電抵抗体7を間引くことができる。
例えば、メタルバック5をX方向において3個電気的に接続してアノード領域を形成した場合、該アノード領域内を通るリブ6は2本となり、1本のリブ6上に給電抵抗体7を形成すれば、他方のリブ6上には給電抵抗体7を形成してもしなくても良い。但し、給電抵抗体7を形成していないリブ6上にも、カバー部材9を形成することが好ましい。すなわち、一部のリブ6上に給電抵抗体7が配置されている場合には、給電抵抗体7が配置されていないリブ6の部分上にもカバー部材9を形成すると良い。これによって、スペーサを配置する場合において、給電抵抗体7上のカバー部材9だけが突出すると、場合によって応力の集中によって、各部材の欠けなどが発生している可能性があるが、これを防ぐことができる。
さらに、隣接するアノード領域間に位置するリブ6上には給電抵抗体7を形成する必要はないが、給電抵抗体7の形状がばらつくことも有り、予測不可能な電界集中部を隠すために、該リブ6上にもカバー部材9を形成することが好ましい。
例えば、図4に示すように、X方向において2個のメタルバック5を、該メタルバック5間に位置するリブ6上に形成された給電抵抗体7に、該リブ6を跨ぐように形成された接続導体8で電気的に接続し、一つのアノード領域10を形成することができる。
このような構成では、隣接する給電抵抗体7間の距離が図1の構成よりも延長されるため、さらに電界強度を弱めることができ、効果的に二次放電を防止することができる。当該構成は、アノード電圧や画素サイズによっては、耐放電性能を所望に保つ有効な手段となる。
図4の構成では、1本の給電抵抗体7に両側で接続したメタルバック5が一つのアノード領域となる。当該構成では、アノード領域の端部が、リブ6の根本に位置し、隣接するアノード領域間にリブ6が配置することになる。その結果、隣接するアノード領域間の沿面距離を長くでき、且つ隣接するアノード領域の端部同士が直接見えない(リブ6で遮蔽される)ことによって、隣接アノード間の二次的な放電を防ぐことができる。
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5は、図1に例示した発光体基板をフェースプレートとして用いた画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、一部を切り欠いた状態の斜視図である。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5においては、便宜上、給電抵抗体7、接続導体8、カバー部材9などの一部部材を省略している。
図5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、12はX方向配線、13はY方向配線で14は表面伝導型電子放出素子であり、これらがリアプレート15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。例えばFHDであれば、m=1080本、n=1920×3=5760本である。
また、図5において16は支持枠であり、互いに対向配置されたフェースプレート18とリアプレート15と共に真空容器17を形成している。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の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。
また、画像表示装置のサイズが大きくなった場合には、図6に示すように、耐圧支持用スペーサ20をパネル内に配置しても良い。その場合、スペーサの帯電防止のため、スペーサ20は微量の電流を流す高抵抗部材であることが望ましい。さらに、該スペーサ20は発光体基板のカバー部材9と当接することになるため、カバー部材9の膜厚方向(Z方向)の抵抗はスペーサ20の高さ方向(Z方向)の抵抗に比べて十分低い必要がある。好ましくは100分の1以下である。これによりスペーサ20を好ましい電位に規定することが可能となる。
(実施例1)
図1に例示した発光体基板を作製した。作製工程を図7、図8を用いて説明する。
洗浄したガラス基板2の表面に、黒色ペースト(ノリタケ製:NP−7803D)を用いて発光領域のうち所望の領域のみ開口している格子形状をスクリーン印刷し、120℃で乾燥後、550℃で焼成して厚さ5μmの黒色部材3を形成した。開口部3aのピッチはリアプレート上の素子ピッチと同じくY方向450μm、X方向150μmとし、開口部3aのサイズはY方向220μm、X方向90μmとした。
次にリブ6と給電抵抗体7とを形成する。まず、酸化ビスマス系の絶縁ペースト(ノリタケ製NP7753)を、焼成後の膜厚が200μmになるようにスリットコーターにて塗布し、120℃で10分乾燥させた。
これに積層するように、酸化ルテニウムの配合された高抵抗ペーストを、焼成後の膜厚が10μmになるようにスクリーン印刷法にて形成し、120℃で10分乾燥させた。本例では画像領域全面に高抵抗ペースト層を印刷したが、後述するサンドブラスト後の最終形態として残る部分のみの形状をあらかじめパターン印刷しておく手法を用いても構わない。この高抵抗ペースト層に用いた材料をテストパターンに塗布して抵抗値を測定したところ、体積抵抗は10-1Ω・m程度であった。
次にラミネータ装置を使用してドライフィルムレジスト(DFR)を貼付し、露光用クロムマスクを所定の位置に位置合わせしてDFRをパターン露光した。位置合わせは画像形成領域の外部に設けた不図示のアライメント用マークを使用して行った。露光するパターンは黒色部材3の開口部3aの長辺と平行(Y方向に延びる)に、黒色部材3に重なるように幅50μm(従って開口部幅100μm)のストライプ状とした。更にDFRの現像液、リンスのシャワー処理、及び乾燥を施し、所望の位置に開口を有するサンドブラスト用のマスクを形成した。これにSUS粒を砥粒としたサンドブラスト法により、DFRの開口に合わせて不必要な高抵抗ペースト及び絶縁体ペーストを除去し、DFRを剥離液シャワーにて剥離し、洗浄を行い、530℃で焼成し、リブ6及び給電抵抗体7を形成した(図7)。
次に、CRTの分野で用いられているP22蛍光体を分散したペーストを用い、開口を持つリブ6構造に合わせてスクリーン印刷法により蛍光体4を発光領域に落し込み印刷した。本例ではカラーディスプレイとなるようにRGB3色の蛍光体4を塗り分けた。各蛍光体4の膜厚は15μmとした。3色の蛍光体4を印刷後120℃で乾燥した。乾燥は各色毎でも3色一括でも構わない。更に、後に結着材として作用する珪酸アルカリ、いわゆる水ガラスを含む水溶液をスプレイ塗布した。
次にアクリルエマルジョンをスプレーコート法にて塗布、乾燥し、蛍光体粉体の隙間をアクリル樹脂で埋め、メタルバック5となるアルミニウム膜を蒸着した。この際、黒色部材3の開口部3aと該開口部3aに隣接する一方のリブ6上の給電抵抗体7に至る領域のみに開口部をもつメタルマスクを使用し、メタルバック5と接続導体8を同時に形成した(図8)。アルミニウムの膜厚は100nmとした。
さらに、給電抵抗体7上にカバー部材9として、焼成後の体積抵抗が104Ω・mのペーストを転写法により形成した。カバー部材9は焼成後に給電抵抗体7を全て覆ってしまうようにした。また、給電抵抗体7上の、メタルバック5に隣接する領域には接続導体8が積層されており、該領域においては、該カバー部材9を該接続導体8上に積層した。
最後に、500℃で加熱することによりペーストに含まれる樹脂を分解除去し、焼き固めた(図1)。尚、焼成後のカバー部材9の膜厚は10μmとした。
尚、基板2にはスルーホールを通して該基板2を貫通する高電圧導入端子が設けられ、高電圧導入端子は給電抵抗体7と画像形成領域の端部において接続した(不図示)。
上記の工程で作製した発光体基板をフェースプレート18として用いて図6に示す画像表示装置を作製した。スペーサ20とカバー部材9の、1当接部あたりの抵抗がスペーサ20は1010Ω、カバー部材は107Ωである。
このようにして構成した画像表示装置において、給電抵抗体7を介しメタルバック5に10kVの電圧を印加し、画像を表示したところ、ハレーションによる混色が少ない良好な画像を表示することができた。
また、特定の電子放出素子14に過剰な電圧を印加して、素子破壊を発生させ、該電子放出素子14とフェースプレート18との間の放電を誘発した。その結果、隣接する給電抵抗体7間の二次的な放電は見られず、放電電流は十分制限され、故意に破壊した電子放出素子14以外の周辺素子は異常を来たすことは無かった。
(実施例2)
本例では、図3に例示した発光体基板を作製した。
本例が実施例1と異なるのは、リブ6をX方向にも延伸する格子状としたことである。X方向に延伸するリブ6についても、幅50μm、高さ150μmとし、黒色部材3に重なるように形成した。また、給電抵抗体7は予め、酸化ルテニウムの配合された高抵抗ペーストを用い、スクリーン印刷法によりストライプパターンを形成した。これら以外は実施例1と同様にして発光体基板を作製した。
本例の発光体基板をフェースプレート18として用いて実施例1と同様にして画像表示装置を構成し、給電抵抗体7を介しメタルバック5に10kVの電圧を印加し、画像を表示したところ、ハレーションによる混色が少ない良好な画像を表示することができた。さらに、Y方向のハレーションも抑制できたため、実施例1に比べて、X方向のラインをボケなく明瞭に表示することができた。
また、特定の電子放出素子14に過剰な電圧を印加して、素子破壊を発生させ、該電子放出素子14とフェースプレート18との間の放電を誘発した。その結果、隣接する給電抵抗体7間の二次的な放電は見られず、放電電流は十分制限され、故意に破壊した電子放出素子14以外の周辺素子は異常を来たすことは無かった。
(実施例3)
本例では、図4に例示した発光体基板を作製した。
本例が実施例1と異なるのは、隣接する2サブピクセルを1アノード領域としたことである。よって、給電抵抗体7は1アノード領域内のサブピクセル間に存在するリブ6上に配置し、1アノード領域内のメタルバック5は、リブ6をまたいで接続導体8で接続した。また、給電抵抗体7の材料として、インジウム錫酸化物微粒子を分散させた高抵抗電極用ペーストを用いて、スクリーン印刷法にてストライプ状パターンを形成した。接続導体8は、アルミニウム膜を、相対する二方向から、一方向ずつ順に斜め蒸着することにより形成した。この時、給電抵抗体7の配置されていないリブ6の側面にはアルミニウム膜が形成されないように、ひさしとなるY方向ストライプを加えたマスクを使用した。さらに、実施例と同じ転写法を用いてカバー部材9を形成し、給電抵抗体7の存在しないリブ6の上にもカバー部材9を形成した。カバー部材9の膜厚は、給電抵抗体7の存在するところで5μm、存在しないところで10μmとした。
本例の発光体基板をフェースプレート18として用いて、実施例1と同様にして画像表示装置を構成し、給電抵抗体7を介してメタルバック5に10kVの電圧を印加し、画像を表示した。その結果、ハレーションによる混色が少ない良好な画像を表示することができた。
また、特定の電子放出素子14に過剰な電圧を印加して、素子破壊を発生させ、該電子放出素子14とフェースプレート18との間の放電を誘発した。その結果、隣接する給電抵抗体間の二次的な放電は見られず、放電電流も十分制限され、故意に破壊した電子放出素子14以外の周辺素子は異常を来たすことは無かった。
2:基板、3:黒色部材、3a:開口、4:蛍光体、5:メタルバック、6:リブ、7:給電抵抗体、8:接続導体、9:カバー部材、10:アノード領域

Claims (5)

  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、
    前記複数の発光部材間に位置し、該発光部材よりも前記基板面から突出するリブと、
    各々が少なくとも一つの前記発光部材を覆い、互いに間隙をおいて行列状に位置する複数の導体と、
    前記複数の導体を電気的に接続する給電抵抗体とを有する発光体基板であって、
    前記給電抵抗体が前記リブの上に位置し、前記給電抵抗体上に該給電抵抗体を覆う該給電抵抗体よりも高抵抗なカバー部材を有することを特徴とする発光体基板。
  2. 前記カバー部材が、給電抵抗体上を全て覆っている請求項1に記載の発光体基板。
  3. 複数の電子放出素子を有する電子源基板と、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。
  4. 前記カバー部材と当接して、前記電子源基板と発光体基板との間に位置するスペーサを更に有し、前記カバー部材の抵抗が、スペーサの抵抗よりも低い請求項3に記載の画像表示装置。
  5. 前記給電抵抗体は、前記リブの一部の上に位置し、前記給電抵抗体が位置しない前記リブの部分上にも前記カバー部材を有していることを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
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