JP2010140739A - 電子源基板及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電時に、放電が起きた箇所以外の電子放出素子や駆動回路への影響を防止した電子源基板を提供する。
【解決手段】基板上に、行方向配線４と、行方向配線４より配線抵抗値の高い列方向配線５と、電子放出素子を配置し、電子放出素子と列方向配線５とを抵抗素子２を介して接続し、該抵抗素子２には、局所的に他の部位よりも溶断し易い溶断部７を設け、該溶断部７は、列方向配線４よりも行方向配線５に近い位置に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電子放出素子がマトリクス状に配置された電子源基板及びそれを用いた画像表示装置に関する。

従来、電子放出素子の利用形態としては、画像表示装置が挙げられる。例えば、冷陰極電子放出素子を多数形成した電子源基板と、電子放出素子から放出された電子を加速するアノード電極及び発光部材としての蛍光体を具備した対向基板とを平行に対向させ、真空に排気した平面型の電子線表示パネルが知られている。平面型の電子線表示パネルは、現在広く用いられている陰極線管（ＣＲＴ）表示装置に比べ、軽量化、大画面化を図ることができる。また、液晶を利用した平面型表示パネルやプラズマ・ディスプレィ、エレクトロルミネッセント・ディスプレィ等の他の平面型表示パネルに比べて、より高輝度、高品質な画像を提供することができる。

このように、冷陰極電子放出素子から放出された電子を加速するために、アノード電極と素子との間に電圧を印加するタイプの画像表示装置においては、発光輝度を最大限に得るために高電圧を印加するのが有利である。素子の種類によっては、放出される電子線はアノード電極に到達するまでに発散するので、高解像度のディスプレィを実現しようとすると、リアプレートとフェースプレート間の電界を強めるのが好ましい。

しかしながら、該基板間が高電界となると、放電により電子放出素子が破壊される現象が生じ易くなる。特許文献１には、電子放出素子と配線との間に抵抗素子を接続することにより、放電時の他の電子放出素子へのダメージを低減した技術が開示されている。また、特許文献２には、電子放出素子と配線との間に、熱断線し易い領域を形成することで、放電時の他の電子放出素子へのダメージを低減した技術が開示されている。

特開２００３−１５７７５７号公報 特開２００７−８７９３４号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された構成では、放電時に溶断した箇所で発生したガスによって第二の放電が誘発され、抵抗値の高い列方向配線の電位が大きく上昇することによって、放電箇所の周囲の電子放出素子や駆動回路が破壊されることがあった。

本発明の課題は、放電時に、放電が起きた箇所以外の電子放出素子や駆動回路への影響を防止した電子源基板及び該電子源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、該基板上に配置された行方向配線及び列方向配線と、
一端が前記行方向配線に接続され、他端が抵抗素子を介して前記列方向配線に接続され、前記行方向配線及び前記列方向配線を介して駆動電圧が印加される電子放出素子と、を有する電子源基板において、
前記行方向配線の配線抵抗値が列方向配線の配線抵抗値よりも低く、
前記抵抗素子が、局所的に他の部位よりも溶断し易い溶断部を有し、該溶断部が、列方向配線に比して行方向配線に近く配置されていることを特徴とする電子源基板である。

本発明の電子源基板においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記溶断部が電流集中部である。
前記電流集中部が屈曲部である。
前記電流集中部が、他の部位よりも断面積が小さい。
前記行方向配線の一部が、前記溶断部に向かって突出した電流吸収部を有する。
前記行方向配線は、少なくとも前記抵抗素子付近の一部を除いて絶縁体で覆われている。
前記列方向配線が、絶縁体で全て覆われている。

本発明の第２は、複数の電子放出素子と、該電子放出素子に電圧を印加する配線とを備えた電子源基板と、
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蛍光体層を備えた発光体基板とを有する画像表示装置であって、
前記電子源基板が本発明の電子源基板であることを特徴とする画像表示装置である。

本発明の画像表示装置においては、１つの画素に対して、２つ以上の電子放出素子から電子が照射されていることを好ましい態様として含む。

本発明においては、放電時に電子放出素子に接続された抵抗素子の溶断部が溶断することで、列方向配線への電流が遮断されると同時に、放電によって誘発される二次的な放電が溶断部に近い行方向配線に誘導される。行方向配線は列方向配線よりも抵抗値が低いため、放電による高電流が流れても、列方向配線の電位上昇を抑えることができ、周辺の電子放出素子や駆動回路の破壊が防止され、信頼性の高い電子源基板及び画像表示装置が提供される。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の電子源基板を構成する電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子、電界放出型素子、ＭＩＭ型素子を包含しており、特に、表面伝導型電子放出素子はアノード、カソード領域が平面的に配置されている点から本発明が適用される好ましい形態である。

本発明の実施の形態として、先ず、電子源基板について、図面を用いて以下に具体的に説明する。本例においては、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた構成を示す。

図１は本発明の電子源基板の電子放出素子１個分を拡大した平面模式図であり、図２は図１中のＡ−Ａ’断面模式図である。

本発明の電子源基板は、基板６上に、行方向配線４、列方向配線５、及び電子放出素子が配置されている。本発明においては、行方向配線４の配線抵抗値が列方向配線５の配線抵抗値よりも低い。行方向配線４、列方向配線５の抵抗値は、電子放出素子の特性やマトリクスのサイズ等によって適宜変更されるが、例えば、ワイド型の表示装置においては、占有できるスペースの関係上、行方向配線４の抵抗値に対して列方向配線５の抵抗値は５倍以上となる。

一般に、表面伝導型電子放出素子は一対の素子電極を有し、該素子電極間には導電性膜を備え、該導電性膜に電子放出部が形成されている。本発明においては、電子放出素子の一端が行方向配線４と、他端が抵抗素子２を介して列方向配線５と接続される。本例は、列方向配線５と接続される側の素子電極を抵抗素子２として構成した例であり、本例における電子放出素子は、行方向配線４に接続される素子電極９と導電性膜１０と抵抗素子２からなると言える。行方向配線４及び列方向配線５は不図示の駆動回路に接続されており、素子電極９及び抵抗素子２を介して導電性膜１０に適宜の駆動電圧を印加することにより電子放出部８から電子を放出する。

本発明において、抵抗素子２には、局所的に他の部位よりも溶断し易い溶断部７が存在する。該溶断部７は、放電時に他の部位よりも優先的に溶断することで、電子放出素子と列方向配線５間に流れる電流を遮断する働きをする。よって、該溶断部７は電流集中部であることが好ましく、より具体的には、屈曲部、或いは、他の部位よりも断面積を小さくすることで高抵抗とした部位、さらには、他の部位よりも高抵抗な材料を用いることで高抵抗とした部位が好ましい。図１は抵抗素子２に屈曲部を形成して溶断部７とした構成例であり、図３は溶断部７の幅を狭めて断面積を他の部位よりも小さくした構成例である。

また、本発明においては、図９に示すように、一対の素子電極９，９’を形成し、列方向配線５と接続される側の素子電極９’の一部に抵抗素子２を作り込んだ形態も含む。

さらに、本発明においては、溶断部７が列方向配線５に比して行方向配線４の近くに配置される（Ｌ１＜Ｌ２）。放電によって電子放出素子に高電流が流れると、溶断部７が溶断し、該溶断部７の構成材料がガス化して第二の放電が誘発されるが、本発明の如く溶断部７を抵抗の低い行方向配線４の近くに形成しておくことにより、第二の放電が行方向配線４に誘導される。その結果、列方向配線５への放電電流が防止され、従来のような列方向配線５を介して流れる高い放電電流によって周囲の電子放出素子が破壊されるのが防止される。

尚、本発明においては、溶断部７を行方向配線４に近づけるため、図３に示すように、行方向配線４の溶断部７に向かって突出する電流吸収部１２を形成しても良い。このように、電流吸収部１２を形成することにより、抵抗素子２の溶断部７が適当な位置に配置されても、容易に溶断部７を列方向配線５より行方向配線４に近く配置できる。即ち、電子放出素子構成をレイアウトし易い。電流吸収部１２は、行方向配線４との合成抵抗が列方向配線５の抵抗値より低くなるような低抵抗部材であることが望ましい。また、電流吸収部１２と行方向配線４は材料・層構成の異同に関わらず、同一層に構成することがコストの点で好ましい。

また、電流吸収部１２を含む行方向配線４が、少なくとも抵抗素子付近の一部を除いて絶縁体で覆われていると、低抵抗部材が露出している面積を減らし、放電頻度を減らせる点で好ましい。

さらに、列方向配線５が絶縁体で全て覆われていると、放電頻度を減らせることと、放電箇所が行方向配線４に移らざるを得ない点で好ましい。

図４は電子放出素子を二次元的にｍ×ｎ個配列し、マトリクス状に配線した電子源基板を、電子放出素子を除いて電気回路表示した図である。

ここでｍ、ｎは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。また、ｍ×ｎ個の電子放出素子３は、図４に示す通りｍ本の行方向配線４とｎ本の列方向配線５とにより配線されている。

行方向配線４及び列方向配線５は、実際には有限の電気抵抗を有するものであるが、図４においては行方向配線抵抗１３、列方向配線抵抗１４として示されている。図４に示す配線方法を、単純マトリクス配線と呼ぶ。

次に、上記に説明した電子源基板を用いた画像表示装置を例に挙げて具体的に説明する。図５は、図１の電子源基板を用いた画像表示装置の表示パネルの一例を示す斜視図であり、その内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。図６は図５に示した表示パネルの画素１個分のＸ方向に沿った断面模式図である。

図５において、電子源基板１と発光体基板１６は、それぞれの基板上に構成した部材が対向する形で構成されており、内部を真空に維持するために側壁１７により外囲器（気密容器）を形成している。

電子源基板１は、基板６上に行方向配線４と列方向配線５を介して電子放出素子３をｍ×ｎのマトリクス状に配線して構成されている。

発光体基板１６は、基板１５上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３原色の蛍光体層１８がＢＭ（ブラックマトリクス）１９により１画素ごとに分割形成され、さらに蛍光体層１８表面にＭＢ（メタルバック）２０が形成されて構成されている。

また、容器外端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｍ、Ｄｘ１乃至Ｄｘｎ及び高圧端子Ｈｖは、この表示パネルと後述する駆動回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の接続用端子である。容器外端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｍのそれぞれは各行方向配線４と、Ｄｘ１乃至Ｄｘｎのそれぞれは各列方向配線５と、高圧端子Ｈｖはアノード電極（ＢＭ１９及びＭＢ２０）と各々電気的に接続されている。

以上説明した画像表示装置において、容器外端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｍ、Ｄｘ１乃至Ｄｘｎを通じて電子源基板１上の各電子放出素子３に駆動電圧が印加されると、各電子放出素子３から電子が放出される。それと同時にアノード電極に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］から数十［ｋＶ］の高電圧を印加して、上記放出された電子を加速し、電子ビームを発光体基板１６上に画素を形成する各蛍光体層１８に衝突させる。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の蛍光体が励起されて発光し、カラー画像が表示される。

さらに本発明においては、図７，図８に示すように、１つの画素に対して、２つ以上の電子放出素子から電子が照射される構成も好ましい。図７は平面模式図、図８は図７のＡ−Ａ’断面模式図であり、このような構成をとることで、放電によって一方の電子放出素子が破壊されても画素欠陥が生じないため、画像表示上の欠陥として検知し難い点で好ましい。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。

（実施例１）
本実施例は、図１に示される構成の電子源基板の例である。

先ず、ガラス基板６上に電子放出素子３の一部である素子電極９をマトリクス状に並べて形成した。この素子電極９はスパッタ法によって、先ず下引き層として膜厚５ｎｍのＴｉ膜を形成し、その上に膜厚４０ｎｍのＰｔ膜を成膜した後、フォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。

次に、抵抗素子２として、タンタル（Ｔａ）の酸・窒化物をスパッタ法によって、電流集中部となる屈曲部（溶断部７）を有する形状に形成した。このようにして形成した抵抗素子２の抵抗値は約３ｋΩであった。

次に、列方向配線５を、Ａｇフォトペーストをスクリーン印刷、乾燥させた後、所定のパターンに露光・現像することにより、ライン状パターンに形成した。尚、焼成後の配線の厚さは約１０μｍ、配線幅は２０μｍとした。また、焼成後の列方向配線５の１ラインあたりの抵抗値は約１００Ωであった。

次に、列方向配線５上に、ＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光・現像し、最後に４８０℃前後の温度で焼成することにより、絶縁層１１を形成した。尚、絶縁層１１は、後述の行方向配線４と列方向配線５との交差部を覆うように、かつ、行方向配線４と素子電極９との電気的接続が可能なように形成した。この絶縁層１１の厚みは約３０μｍとし、幅は約１５０μｍとした。

次に、絶縁層１１上に、列方向配線５と直交する方向に行方向配線４を形成した。行方向配線４は、Ａｇペーストを、パターニングされた版を用いてスクリーン印刷した後、乾燥させ、４８０℃前後の温度で焼成した。この行方向配線４の厚さは約１５μｍとした。このように形成した行方向配線４の１ラインあたりの抵抗値は約４Ωであった。

以上のように形成した電子源基板１において、溶断部７と行方向配線４の最短距離（Ｌ１）は約１０μｍ、溶断部７と列方向配線５の最短距離（Ｌ２）は約４０μｍであり、溶断部７は行方向配線４により近く配置していた。

上記マトリクス配線を有する基板を十分にクリーニングした後、素子電極９と抵抗素子２間にインクジェット塗布方法により、電子放出素子３の一部である導電性膜１０を形成した。本例では、導電性膜１０として、ドットの直径が約６０μｍ、厚みが最大で１０ｎｍの酸化パラジウム（ＰｄＯ）膜を用いた。

次に、フォーミングと呼ばれる本工程において、上記導電性膜１０を通電処理して素子電極９と抵抗素子２間の導電性膜１０に亀裂を生じさせ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部８を形成した。得られた導電性膜１０の抵抗値は、１０²Ω乃至１０⁷Ωの値であった。

以上の工程で、複数の電子放出素子３を有する電子源基板１を作製した。

上記作製した電子源基板１を用いて、図５に示すような構成の画像表示装置を作製した。

以上のように製造された画像表示装置において、電子放出素子３に過大な電圧を印加して誘発放電を生じせしめたところ、行方向配線４を介して放電電流が観測され、列方向配線５を介してはほとんど電流が検出されなかった。また、誘発放電後に、誘発放電を起こした電子放出素子３以外の素子の特性を測定したが、誘発放電前と大差なかった。さらに、分解して観察したところ、誘発放電した電子放出素子３の一部である抵抗素子２は溶断部７を中心に溶断した痕が残っていたが、それ以外の電子放出素子３に接続された抵抗素子２には溶断したような痕跡は残っていなかった。即ち、放電が生じた電子放出素子３以外の電子放出素子３には影響が及んでいないことがわかった。

（実施例２）
本実施例は、図３に示される構成の電子源基板の例である。

本例では、実施例１の抵抗素子２の溶断部７として断面積を小さくした部分を有し、行方向配線４の一部が抵抗素子２方向へ突出した電流吸収部１２を有する以外は、実施例１と同様である。尚、溶断部７と電流吸収部１２の最短距離（Ｌ１）は約１０μｍ、溶断部７と列方向配線５の最短距離（Ｌ２）は約３０μｍであり、溶断部７は行方向配線４の一部である電流吸収部１２により近く配置していた。

また、電流吸収部１２は、版の形状を変更してスクリーン印刷することにより、行方向配線４と同一層、同一材料で形成した。

以上のように作製した電子源基板を用いて、実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様の検査を行ったところ、実施例１と同様に、誘発放電を起こした電子放出素子３以外の電子放出素子３及び駆動回路への悪影響は確認できなかった。

（実施例３）
本例では、実施例２の電流吸収部１２の一部を除く行方向配線４及び列方向配線５が絶縁体で全て覆われている以外は、実施例２と同様である。よって、Ｌ１は１０μｍであるが、Ｌ２については、列方向配線５が絶縁体で覆われているため、溶断部７と列方向配線５の沿面距離は理論上無限大である。

尚、行方向配線４及び列方向配線５を覆う絶縁体は実施例１の絶縁層１１と同様の方法で成膜した。

以上のように作製した電子源基板を用いて、実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様の検査を行ったところ、実施例１と同様に、誘発放電を起こした電子放出素子３以外の電子放出素子３及び駆動回路への悪影響は確認できなかった。

（実施例４）
本実施例は、図７及び図８に示される構成の電子源基板の例である。

本例では、電子放出素子３が１本の列方向配線５を挟んで２つ配置され、行方向配線４の一部が溶断部７方向へ突出した電流吸収部１２を有する以外は、実施例１と同様である。

また、溶断部７と電流吸収部１２の最短距離（Ｌ１）は約１０μｍ、溶断部７と列方向配線５の最短距離（Ｌ２）は約２０μｍであり、溶断部７は行方向配線４の一部である電流吸収部１２により近く配置していた。

また、２つの電子放出素子３を実施例１と同じ面積内に形成するため、１つ当たりの横方向の長さを実施例１のおおよそ半分とすることで作製した。このため、抵抗素子２の抵抗値は約２ｋΩであった。

以上のように作製した電子源基板を用いて、実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製した。尚、本例では、列方向配線５を挟んで配置する２つの電子放出素子３に対して１つの蛍光体層１８が対応するように、発光体基板１６を作成した。

本例では、画像表示装置を排気系に接続し、内部の真空度を悪化させることにより放電を誘発させ、放電後に駆動して、放電箇所をルーペで覗いたところ、放電箇所の画素のみ、他の画素より若干暗くなっているように見えた。しかし、画面全体が視野に収まるよう画像表示装置から遠ざかって目視確認したところ、暗くなった場所は判別できず、画像上の欠陥として検知できなかった。

（実施例５）
本実施例は、図９に示される構成の電子源基板の例である。

本例は、抵抗素子２を、素子電極９’の一部に作り込んで構成した以外は実施例１と同様である。本例において、溶断部７と行方向配線４の最短距離（Ｌ１）は約１０μｍ、溶断部７と列方向配線５の最短距離（Ｌ２）は約４０μｍであり、溶断部７は行方向配線４により近く配置している。

尚、本例において素子電極９’及び抵抗素子２は実施例１とは版の形状を変更することにより所望の形状に形成し、素子電極９’については素子電極９と同時に形成した。抵抗素子２の抵抗値は約１．５ｋΩであった。

以上のように作製した電子源基板を用いて、実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様の検査を行ったところ、実施例１と同様に誘発放電を起こした電子放出素子３以外の電子放出素子３及び駆動回路への悪影響は確認できなかった。

本発明の電子源基板の一実施形態の一部を示す平面模式図である。 図１の電子源基板の断面模式図である。 本発明の電子源基板の他の実施形態の一部を示す平面模式図である。 本発明の電子源基板を電気回路表示した図である。 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。 図５の部分断面模式図である。 本発明の画像表示装置の他の実施形態の部分平面模式図である。 図７の画像表示装置の断面模式図である。 本発明の電子源基板の他の実施形態の一部を示す平面模式図である。

符号の説明

１ 電子源基板
２ 抵抗素子
３ 電子放出素子
４ 行方向配線
５ 列方向配線
６ 基板
７ 溶断部
８ 電子放出部
９，９’ 素子電極
１０ 導電性膜
１１ 絶縁層
１２ 電流吸収部
１３ 行方向配線抵抗
１４ 列方向配線抵抗
１５ 基板
１６ 発光体基板
１７ 側壁
１８ 蛍光体層
１９ ブラックマトリクス
２０ メタルバック

Claims (9)

1. 基板と、該基板上に配置された行方向配線及び列方向配線と、
   一端が前記行方向配線に接続され、他端が抵抗素子を介して前記列方向配線に接続され、前記行方向配線及び前記列方向配線を介して駆動電圧が印加される電子放出素子と、を有する電子源基板において、
   前記行方向配線の配線抵抗値が列方向配線の配線抵抗値よりも低く、
   前記抵抗素子が、局所的に他の部位よりも溶断し易い溶断部を有し、該溶断部が、列方向配線に比して行方向配線に近く配置されていることを特徴とする電子源基板。
2. 前記溶断部が電流集中部であることを特徴とする請求項１に記載の電子源基板。
3. 前記電流集中部が屈曲部であることを特徴とする請求項２に記載の電子源基板。
4. 前記電流集中部が、他の部位よりも断面積が小さいことを特徴とする請求項２に記載の電子源基板。
5. 前記行方向配線の一部が、前記溶断部に向かって突出した電流吸収部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子源基板。
6. 前記行方向配線は、少なくとも前記抵抗素子付近の一部を除いて絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子源基板。
7. 前記列方向配線が、絶縁体で全て覆われていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電子源基板。
8. 複数の電子放出素子と、該電子放出素子に電圧を印加する配線とを備えた電子源基板と、
   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蛍光体層を備えた発光体基板とを有する画像表示装置であって、
   前記電子源基板が請求項１乃至７のいずれかに記載の電子源基板であることを特徴とする画像表示装置。
9. １つの画素に対して、２つ以上の電子放出素子から電子が照射されていることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。

Images