JP2011048979A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アノード電極を備えたフェースプレートと、板状のスペーサと、を有する構成の画像表示装置において、スペーサとアノード電極間の放電を効果的に抑制する。
【解決手段】画像表示装置は、電子放出素子を有するリアプレート２と、リアプレート２と対向して位置しアノード電極８を有するフェースプレート１と、リアプレート２とフェースプレート１との間に、アノード電極８に対向して位置する板状のスペーサ４と、を有している。スペーサ４は、スペーサのフェースプレートと対向する辺４１に沿って開口しスペーサ４の面内方向に広がる凹部１２を有し、アノード電極８の縁部は凹部１２の内側に位置している。凹部１２の周縁部１２ａは円弧で形成されており、円弧の曲率半径をｒ、凹部の最大深さをｄとしたときにｒ／ｄ≧１の関係を満たしている。
【選択図】図３

Description

本発明は画像表示装置に関し、特に、画像表示装置の内部の、リアプレートとフェースプレートの間に設けられたスペーサの構成に関する。

薄型化、軽量化が可能な画像表示装置（電子線表示装置）として、表面伝導型電子放出素子などの電子放出素子を用いた平面型の画像表示装置が提案されている。このような表示装置は、電子放出素子を備えたリアプレートと、電子の照射によって発光する発光部材を備えたフェースプレートとを対向配置させ、周縁部に枠材を介して封止することにより、真空容器を形成してなる。フェースプレートには、発光部材に積層され高電位が印加されるアノード電極が設けられている。電子放出素子から放出された電子はアノード電極に引きつけられて発光部材の所定の位置に照射され、所望の画像が表示される。アノード電極には、電子を発光部材の所定の位置に照射させる目的のほか、表示装置の輝度を向上させるために、一般に数百Ｖから数ＫＶの高電位が印加される。

表示装置の内部には、表示装置内外の気圧差によるリアプレート及びフェースプレートの変形や破損を防止するため、スペーサと呼ばれる板状の支持体が設けられている。スペーサは表示装置内外の気圧差による押し付け力を支持するため、アノード電極に接触して設けられている。

特開２００１−２１６９２３号公報

上述のように、アノード電極には一般に数百Ｖから数ＫＶの高電位が印加され、しかもリアプレートとフェースプレート間の間隙は表示装置の薄型化のためにできるだけ小さくされている。このため、表示装置の内部には通常、かなり高い電界が生じている。スペーサはアノード電極と接触しており、スペーサのアノード電極側端面は概ねアノード電極と等電位となっているため、アノード電極との間での放電は比較的起こりにくい。しかし、両者を完全に密着して接触させることは困難であり、実際には、スペーサとアノード電極の間に不可避的に存在する微小間隙のために、放電が生じる可能性がある。

そこで本発明は、アノード電極を備えたフェースプレートと、板状のスペーサと、を有する構成の画像表示装置において、スペーサとアノード電極間の放電を効果的に抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の画像表示装置は、電子放出素子を有するリアプレートと、リアプレートと対向して位置し、リアプレートともに減圧空間を構成するフェースプレートであって、電子放出素子から放出された電子をフェースプレートに引きつけるアノード電位が供給されるアノード電極を有するフェースプレートと、リアプレートとフェースプレートとの間に、アノード電極に対向して位置する板状のスペーサと、を有している。スペーサは、スペーサのフェースプレートと対向する辺に沿って開口しスペーサの面内方向に広がる凹部を有し、アノード電極の縁部は凹部の内側に位置している。凹部の周縁部は円弧で形成されており、円弧の曲率半径をｒ、凹部の最大深さをｄとしたときにｒ／ｄ≧１の関係を満たしている。

本願発明者は、スペーサとアノード電極間の放電はアノード電極の縁部で発生しやすいことを見出した。これは、アノード電極の縁部は製造過程で「ばり」などの突起が発生しやすく、かつ形状的に電界集中が発生しやすいためであると考えられる。本発明では、フェースプレートと対向する縁部に開口しスペーサの面内方向に広がる凹部をスペーサに設け、かつアノード電極の縁部がこの凹部の内側に位置するように構成しているので、アノード電極の縁部とスペーサとの間に空間を確保することが容易となる。これによって、スペーサとアノード電極間の放電が生じにくくなる。

ところで、板状のスペーサは一般に非常に薄く形成されているため、画像表示装置に組み込む際には、スペーサが湾曲せず平面形状を保ったまま所定の位置に固定されるように、スペーサを長手方向に引張りながら位置決めがなされる。このため、スペーサには長手方向に引張り応力が発生する。さらに、組み込み後においても、パネル内部を真空に排気する際や、製造工程におけるパネルの運搬等によって、スペーサには、引張り応力が発生する場合がある。上述のような凹部をスペーサに設けると応力集中が生じ、スペーサの引張り強度が十分に確保できないことが考えられる。しかし、凹部の周縁部は円弧で形成されており、しかも、円弧の曲率半径ｒは凹部の最大深さｄと同じか、それより大きく形成されている（ｒ／ｄ≧１）。つまり、円弧の曲率半径が相対的に大きく形成され、凹部の周縁部に急激な形状変化が生じないようにされているため、応力集中の程度が緩和され、実質的な引張り強度が、凹部のない場合と比べて大きく低下しないようにされている。このように、本発明では、スペーサとアノード電極間の放電が生じにくくなるだけでなく、凹部を設けることによるスペーサの引張り強度の大幅な低下を防止することができるという効果も期待できる。

本発明によれば、アノード電極を備えたフェースプレートと、板状のスペーサと、を有する構成の画像表示装置において、スペーサとアノード電極間の放電を効果的に抑制することが可能となる。

本発明による画像表示装置の実施例の斜視図である。 図１に示す画像表示装置のフェースプレートの、図１のＡ−Ａ方向に見た平面図である。 スペーサの凹部の形状を示す断面図である。 実施例１におけるスペーサの凹部のさまざまな形状を示す概念図である。 凹部の形状パラメータとスペーサの破壊強度との関係を示す図である。 実施例２におけるスペーサの凹部のさまざまな形状を示す概念図である。

本発明の画像表示装置は、ＦＥＤ(Field Emission Display)表示装置、表面伝導型電子放出素子（ＳＥＤ）を備えた表示装置などを包含している。これらの画像表示装置では、電子放出素子を設けたリアプレートと発光体（例：蛍光体）を設けたフェースプレートとの間に支持体（スペーサ）が配置されており、本発明が適用される好ましい形態である。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る画像表示装置について説明する。以下では、ＳＥＤが用いられる実施形態を例に説明する。

図１は、画像表示装置（以下、表示装置１０という。）の構成の一例を示す部分破断斜視図である。表示装置１０は、電子源基板５が固定されたリアプレート２と、リアプレート２と対向して位置するフェースプレート１と、を有している。電子源基板５には多数の電子放出素子９が形成されている。電子源基板５には電子放出素子９が複数配列されており、Ｘ方向配線Ｄｘ１〜Ｄｘｍと、Ｙ方向配線Ｄｙ１〜Ｄｙｎによって単純マトリクス状に配線されている。電子放出素子９としては、ＳＥＤに用いられる表面伝導型の他、ＦＥ型或いはＭＩＭ(Metal Insulator Metal)型などの冷陰極素子が用いられる。

フェースプレート１は、ガラス基板６と、その内面に形成され発光部材として機能する蛍光膜７と、蛍光膜７を覆うように形成されたアノード電極８と、を備えている。アノード電極８には高圧端子Ｈｖからアノード電位が供給される。リアプレート２に形成された電子放出素子９から放出された電子ビームは、フェースプレート１に供給されるアノード電位によって加速され、フェースプレート１に引きつけられ、フェースプレート１に照射される。そして、フェースプレート１に照射された電子がフェースプレート１に形成された蛍光膜７に衝突することにより、蛍光膜７を構成する蛍光体が発光し、フェースプレート１に画像が映し出される。アノード電極８は、蛍光膜７から反射される光の一部を反射させ光利用率を向上させるメタルバックとしても機能する。

図２は、図１のＡ−Ａ方向に見た、フェースプレートの平面図（見上げ図）である。図２を参照すると、フェースプレート１には、アノード電極８の周囲を取り巻き、かつアノード電極８と離間して位置する電位規定電極１１が形成されている。電位規定電極１１は任意設置であり、省略することもできる。電位規定電極１１は接地電位に規定されているが、アノード電位より低い電位であれば接地電位に限定されない。電位規定電極１１はアノード電極８の周囲に形成される高電位空間を制限する。電位規定電極１１の形状については特に制約はなく、例えば、リアプレート２側から高電位を受け取るために、フェースプレート１の外周部に設けられる図示しない電位取り出し部の周りを取り巻くように設けられてもよい。フェースプレート１のガラス基板６の表面からの電位規定電極１１の高さは、フェースプレート１のガラス基板６の表面からのアノード電極８の高さとほぼ等しい。

フェースプレート１とリアプレート２の間には支持枠３が設けられており、これらのプレート１，２とともに減圧空間Ｓを構成している。フェースプレート１と支持枠３、及びリアプレート２と支持枠３は各々、フリットガラスによって接合されている。

フェースプレート１とリアプレート２との間には、スペーサ４とよばれる支持体が設置されている。以下、表示装置の断面図である図３を参照して、スペーサ４の構成について詳細に説明する。図３（ａ）は本発明の一実施形態に係る表示装置の、スペーサ長手方向と直交する方向から見た断面図である。

スペーサ４は、絶縁性基板の表面に帯電防止を目的とした高抵抗膜（図示せず）を成膜した板状の部材である。スペーサ４の下辺は図１に示すように、Ｘ方向配線Ｄｘ１〜Ｄｘｍに固定されている。スペーサ４の上辺４１は図３（ａ）に示すように、アノード電極８及び電位規定電極１１と対向し、かつアノード電極８及び電位規定電極１１と接触して位置している。いうまでもないが、電位規定電極１１が設けられない実施形態では、スペーサ４の上辺４１は、アノード電極８と対向し、かつアノード電極８と接触して位置することになる。本願発明者はフェースプレート１、リアプレート２、及び支持枠３を、スペーサ４を内部に挿入してパネル化し、真空にした後にパネルを分解してスペーサ４の接触の度合いを観察した。アノード電極８及び電位規定電極１１のスペーサ４との接触部分には、大気圧で押され押し潰されたような跡が残っており、スペーサ４がこれらの部材と接触していることは明らかであった。スペーサ４は全てのＸ方向配線Ｄｘ１〜Ｄｘｍの上に設けられてはおらず、複数のＸ方向配線毎に１つの割合で設けられている。スペーサ４は、大気圧に対して十分な強度を有している。リアプレート２とフェースプレート１に供給される電位がスペーサ４の上下辺に印加されることにより、スペーサ４の表面には電位分布が形成される。

スペーサ４は、スペーサ４のフェースプレート１と対向する辺４１（上辺）に沿って開口しスペーサ４の面内方向に広がる凹部１２を有している。この凹部１２は円弧状の切欠きであり、以下、切欠き１２と称する場合もある。本実施形態では、凹部の周縁部１２ａは中心角が１８０度に等しい円弧、すなわち半円状の円弧からなっている。凹部１２の円弧の曲率半径をｒ、円弧のスペーサの辺４１から測った最大深さをｄとしたときに、ｒ／ｄ＝１の関係を満たしている。しかし、円弧は、図３（ｂ）に示すように、中心角が１８０未満、すなわちｒ／ｄ＞１の関係を満たしていてもよい。つまり、凹部１２の円弧は、ｒ／ｄ≧１の関係を満たしていればよい。既述の通り、スペーサ４を固定する際や、パネル内部を真空に排気する際、製造工程におけるパネルの運搬等によって、スペーサ４にはスペーサ長手方向Ｌに引張り力が印加される。しかし、このような関係を満たす凹部１２の形状は円弧の形状変化が緩やかであり、応力集中係数を小さく抑え、スペーサ４の長手方向引張り強度（破壊強度）の低下を最小限にとどめることができる。

凹部１２はダイヤモンド砥石を用いた研削などの任意の方法で形成することができる。アノード電極８と電位規定電極１１の互いに対向する縁部８ａ，１１ａは、凹部１２の内側に位置している。換言すれば、凹部１２はアノード電極８の縁部８ａと電位規定電極１１の縁部１１ａが露出するように形成されている。

スペーサ４のアノード電極８との接触領域における電位はアノード電極と略同じ電位であり、スペーサ４の電位規定電極１１との接触領域における電位も電位規定電極１１と略同じ電位である。しかし、アノード電極８とスペーサ４は全体としては接触しているものの、実際にはアノード電極８とスペーサ４の接触部には、製造誤差や組立時の誤差、接触部の表面粗さなど、様々な原因に起因した微小な間隙が存在していると考えられる。同様に、電位規定電極１１とスペーサ４も全体としては接触しているものの、実際にはアノード電極８と電位規定電極１１の接触部には微小な間隙が存在していると考えられる。こういった微小間隙はアノード電極８あるいは電位規定電極１１とスペーサ４との間に電位差を生じさせ、放電の原因となる。特に、アノード電極８の縁部８ａ及び電位規定電極１１の縁部１１ａの縁部は、形状的に電界集中が生じ易く、「ばり」などの突起も生じ易いため、スペーサ４との間の放電が特に生じ易い。

本実施形態では、これらの縁部８ａ，１１ａは凹部１２の中に位置しており、スペーサ４との間に、放電を防止するに十分な間隔を持った間隙を容易に確保することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述する。以下に述べる各実施例においては、素子電極間の導電性薄膜に電子放出部を有するタイプのｎ×ｍ個（ｎ＝４８０、ｍ＝１００）の表面伝導型電子放出素子を、ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線とによりマトリクス配線したマルチ電子ビーム源を用いた。

（実施例１）
実施例１の画像表示装置は図１を用いて説明した画像表示装置と同じ構成を有し、カラー表示を行うためにＲＧＢの蛍光体とブラックマトリックスを内包している。アノード電極８と電位規定電極１１との間の距離は４ｍｍとした。アノード電極8はメタルバックと兼用し、電位規定電極１１は接地電位とした。

スペーサ４として、旭硝子社製商品番号ＰＤ２００の、高さ２ｍｍ、幅０.２ｍｍの平板状の基材を用意し、切欠き部１２をダイヤモンド砥石による切削によって作製した。切欠き部（凹部）１２の形状は、図４に示すものを用いた。凹部の曲率半径ｒは０.１５ｍｍ〜１５ｍｍ、凹部の最大深さｄは０.６ｍｍとした。寸法の一例を述べると、図４（ａ）に示す例では曲率半径ｒ=０.６ｍｍ、凹部の最大深さｄ=０.６ｍｍ、スペーサ長手方向長さＷ＝１．２ｍｍであった。図４（ｂ）に示す例ではｒ=０.３ｍｍ、ｄ=０.６ｍｍ、Ｗ＝０．６ｍｍであった。図４（ｃ）に示す例では、ｒ１=０.６ｍｍ、ｒ２=０.３ｍｍ、ｄ=０.６ｍｍ、Ｗ＝２.４ｍｍであった。ここで、ｒ１は第１の円弧（左側コーナー部）の曲率半径、ｒ２は第２の円弧（右側コーナー部）の曲率半径である。

作製したスペーサに対して引張り試験を行い、ｒ／ｄと破壊強度の関係を図示したものが図５である。図４（ｃ）に示す例では、応力集中係数が大きくなる第２の円弧のｒ２／ｄで代表した。破壊強度は、１０回試験の平均値である。この結果から、ｒ／ｄ（ｒ２／ｄ）が１より小さくなると、急激に強度が低くなることがわかる。図４（ｂ），（ｃ）は、ｒ／ｄ＜１となる例である。これは、ｒ／ｄが１より小さくなると、切欠きによって生じる応力がコーナーの円弧部に集中するためである。図４（ａ）のようにｒ／ｄ≧１の関係を満たす構造のスペーサを用いた画像表示装置では、スペーサが破壊することなく平面状の形状で所定の位置に固定され、良好な画質が確認できた。なお、第１の円弧と第２の円弧の形状が互いに異なる場合でも、図６（ｃ）に示すようにｒ１／ｄ１≧１かつｒ２／ｄ２≧１の関係を満たせば、十分な強度が確保可能である。ｄ１は、第１の円弧の、スペーサの上辺からみた最深点の深さ、ｄ２は、第２の円弧の、スペーサの上辺からみた最深点の深さである。

（実施例２）
実施例２では、スペーサ長手方向の凹部の長さＷと曲率半径の関係について検討した。実施例１と同様、スペーサ４として、旭硝子社製商品番号ＰＤ２００の、高さ２ｍｍ、幅０.２ｍｍの平板状の基材を用意し、切欠き部１２を、実施例１と同様に、ダイヤモンド砥石による研削によって作製した。切欠き部１２の形状は図６に示すものを用いた。凹部の周縁部は２つの円弧（第１の円弧及び第２の円弧）と２つの円弧を結ぶ線分とで形成されている。寸法の一例を述べると、図６（ａ）に示す例ではｒ=０.６ｍｍ、ｄ=０.６ｍｍ、幅Ｗ=１.２であった。図６（ｂ）に示す例では、周縁部は中心角が９０度に等しい２つの円弧と、この２つの円弧を結ぶ、スペーサの前記辺と平行な直線と、からなっており、ｒ１＝ｒ２=０.６ｍｍ、ｄ１＝ｄ２=０.６ｍｍ、Ｗ=２.４ｍｍであった。図６（ｃ）に示す例では、第１の円弧（左側コーナー部）の形状がｒ１=０.６ｍｍ、ｄ１=０.６ｍｍ、第２の円弧（右側コーナー部）の形状がｒ２=０.３ｍｍ、ｄ２=０.３ｍｍであり、Ｗ＝２.４ｍｍであった。なお、図６の各図に示す例はｒ／ｄ≧１の関係、あるいはｒ１／ｄ１≧１かつｒ２／ｄ２≧１の関係を満たしていることに留意されたい。

作製したスペーサ４に対して、引張り試験を行い、Ｗ／ｒと破壊強度の関係を検討した。破壊強度は、１０回試験の平均値である。Ｗ／ｒが５より小さくなると、強度が低くなることが分かった。これは、切欠きによって生じる応力集中点が、Ｗ／ｒが５以上であると２つのコーナー部に分離しているが、Ｗ／ｒが５より小さくなると応力集中点が近接し、互いの応力が影響しあうようになり、応力が増大するためであると考えられる。Ｗ／ｒ=２では応力集中点が一つに収束する。図６（ｃ）に示す例では、ｒ１＞ｒ２であることから、Ｗ／ｒ１で代表したが、Ｗ／ｒ１≧５かつＷ／ｒ２≧５が必要条件となる。Ｗ／ｒ≧５を満たす構造のスペーサを用いた画像表示装置では、スペーサが破壊することなく平面状の形状で所定の位置に固定され、良好な画質が確認できた。

１ フェースプレート
２ リアプレート
４ スペーサ
８アノード電極
１１ 電位規定電極
１２ 凹部

Claims (5)

1. 電子放出素子を有するリアプレートと、
   前記リアプレートと対向して位置し、該リアプレートともに減圧空間を構成するフェースプレートであって、前記電子放出素子から放出された電子を該フェースプレートに引きつけるアノード電位が供給されるアノード電極を有するフェースプレートと、
   前記リアプレートと前記フェースプレートとの間に、前記アノード電極に対向して位置する板状のスペーサと、を有し、
   前記スペーサは、該スペーサの前記フェースプレートと対向する辺に沿って開口し該スペーサの面内方向に広がる凹部を有し、
   前記アノード電極の縁部は前記凹部の内側に位置しており、
   前記凹部の周縁部は円弧で形成され、該円弧の曲率半径をｒ、前記凹部の最大深さをｄとしたときに、ｒ／ｄ≧１の関係を満たす、画像表示装置。
2. 前記凹部の前記周縁部は中心角が１８０度に等しい円弧からなる、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 電子放出素子を有するリアプレートと、
   前記リアプレートと対向して位置し、該リアプレートともに減圧空間を構成するフェースプレートであって、前記電子放出素子から放出された電子を該フェースプレートに引きつけるアノード電位が供給されるアノード電極を有するフェースプレートと、
   前記リアプレートと前記フェースプレートとの間に、前記アノード電極に対向して位置する板状のスペーサと、を有し、
   前記スペーサは、該スペーサの前記フェースプレートと対向する辺に沿って開口し該スペーサの面内方向に広がる凹部を有し、
   前記アノード電極の縁部は前記凹部の内側に位置しており、
   前記凹部の周縁部は２つの円弧と該２つの円弧を結ぶ線分とで形成され、第１の円弧の曲率半径をｒ１、第２の円弧の曲率半径をｒ２、前記第１の円弧の、前記スペーサの前記辺からみた最深点の深さをｄ１、前記第２の円弧の、前記スペーサの前記辺からみた最深点の深さをｄ２としたときに、ｒ１／ｄ１≧１かつｒ２／ｄ２≧１の関係を満たす、画像表示装置。
4. 前記凹部の前記周縁部は中心角が９０度に等しい２つの円弧と、該２つの円弧を結ぶ、前記スペーサの前記辺と平行な直線と、からなる、請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記凹部のスペーサ長手方向の長さをＷとしたときに、Ｗ／ｒ１≧５かつＷ／ｒ２≧５の関係を満たす、請求項３または４に記載の画像表示装置。

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