JP3439469B1 - 電子線管の蛍光膜およびこれを用いた電子線管を使用した表示装置 - Google Patents

電子線管の蛍光膜およびこれを用いた電子線管を使用した表示装置

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Abstract

【要約】 【課題】 フリッカーが少なく、高鮮明で、コントラス
トの高い電子線管の蛍光膜およびこれを用いた電子線管
表示装置を提案する。 【解決手段】 フェースプレート22と、フェースプレ
ート22上に蛍光体粒子24zが塗布されてなる蛍光膜
と、電子ビーム32を照射する陰極と、陽極とにより構
成され、前記陰極からの電子ビーム32の照射により蛍
光膜の蛍光体粒子24zを発光させて映像を表示する電
子線管の蛍光膜24であって、フェースプレート22上
に形成された蛍光膜24が、多数の微小蛍光膜で構成さ
れ、微小蛍光膜の外周が、平均直径が1乃至8マイクロ
メートルにある無機化合物の粉体と、平均直径が1マイ
クロメートル未満の炭素微粉体の混合物から成る微小蛍
光膜の高さ半分以上の高さを有するすると共に、可視光
を吸収し、かつ、電気伝導性を有する障壁26により囲
まれていることを特徴とする電子線管の蛍光膜である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオ映像や文字
映像を映し出す電子線管の蛍光膜およびこれを用いた電
子線管表示装置に関し、より詳細には、隣接する蛍光膜
間における散乱光を抑えた電子線管の蛍光膜およびこれ
を用いた電子線管表示装置に関係する。
【0002】
【従来の技術】TVやコンピュータの情報表示装置に電
子線管が用いられ、その代表として陰極線管(以下CR
Tという)が用いられている。CRT内部の基本構造は
陽極、電子銃、蛍光膜、アルミニウム金属膜からなる。
動作原理は次のようになる。電子銃内の陰極から取り出
した電子線を電子銃内の電極により収束し、フェースプ
レートに塗布された蛍光膜に照射する。電子が照射され
た場所の蛍光膜は不可視な電子ビームのエネルギーを可
視光に変換する。カラーCRTでは蛍光膜面から適当な
距離にシャドウマスクを配置し、シャドウマスクの穴を
通過した3つの電子銃からの電子ビームが対応する3色
に発光するカラー蛍光膜に照射され、それぞれの異なっ
た色に発光する蛍光膜を発光させる。蛍光膜で発光した
光は、CRT内部にも向かうので、蛍光膜上にアルミニ
ウム金属の光反射膜を置くと、蛍光膜で発光した光の全
てが映像の観測者に向かうので観測側で測った蛍光膜の
輝度が約2倍になる。CRTのファンネルとネック管の
内壁面に導電物質を適当な厚みに塗布し、この導電膜と
蛍光膜上に配置したアルミニウム膜に陽極電圧を印加す
ると、大容量にあるCRTの内部空間が均一陽極電界に
なる。陽極電位で加速された電子銃からの電子ビーム
は、CRT内の均一陽極電界を等速運動する。CRTの
内部空間を等速運動している電子ビームに、CRTの外
壁に置かれた電磁石により磁界を作用させ、上下左右に
偏向させると蛍光膜の微小点が逐次発光し、眼の残像効
果により蛍光膜全面が発光しているように見える。電子
ビームを偏向し、走査電子ビームを蛍光膜内の微小蛍光
膜面に逐次に照射するので、CRTは大きな真空空間
と、真空圧に耐えるガラス厚を必要とするので、大容量
と重量がCRTの欠点となる。
【0003】CRT表示装置で、蛍光膜面を高速度で走
査する電子ビームをビデオ信号で変調すると、ビデオ信
号に同期した発光点の強弱が蛍光膜面に現れ、映像が映
し出される。蛍光膜には単位面積当り4KWの高密度エ
ネルギーを持った電子ビームが照射されるので、蛍光膜
からは単位面積当り単位時間に1020個の光子に相当す
る単位時間当たり15,000cd/m2 の発光が得ら
れる。蛍光膜の温度を上げずに蛍光膜に高輝度な映像を
表示できることがCRTの最大の特徴である。高輝度な
映像を映すCRTは表示装置全般において優位性を持つ
が、特にディジタルTVの映像の表示に適しているた
め、ディジタルテレビの普及で他の表示装置より優位に
立つことが見込まれる。
【0004】図1は、従来の単色CRTにおける表示部
の説明断面図である。表示部10は、ガラス板からなる
フェースプレート11と、フェースプレート11に塗布
された蛍光体粒子12zから成る蛍光膜12と、アルミ
膜13とにより概略が形成されている。符号14は図示
しない電子銃から照射された電子ビームである。符号1
5は電子ビーム14が蛍光体粒子12zを発光させた後
に出る散乱光である。表示部10に映る映像の解像力を
決めるのは電子ビーム14の直径である。CRT表示装
置は、図示しない電子銃より放射された電子ビーム14
によって蛍光体粒子12zを発光させることにより画像
を表示している。この方式によると、発光した蛍光体粒
子12zから出る散乱光15により、隣接する蛍光体粒
子12zも見掛け上発光したような状態になる。これに
より、発光させるべき蛍光体粒子12zとそれ以外の蛍
光体粒子12zにも発光した光が伝達してしまうため、
画像のコントラストや、シャープネスさに欠けるCRT
画面になっていた。
【0005】図2は、従来のカラーCRT表示部の説明
断面図である。カラーCRTの表示部10aもフェース
プレート11に塗布された蛍光体粒子12zから成る蛍
光膜12と、アルミ膜13は単色CRTの表示部と同様
である。カラーCRTの場合には、蛍光膜12が、各色
に発光する微小蛍光膜12dをある間隔をもって独立し
てフェースプレート11に配列している点が単色CRT
と異なる。各色微小蛍光膜12dの間にはブラックマト
リクス(以下BMと略す)膜16が置かれているが、BM
膜16の厚さは蛍光膜12よりも薄く、通常1マイクロ
メートル(以降単にミクロンという)以下であり、微小
蛍光膜12d内で発光した光散乱15を近隣の微小蛍光
膜12dに伝播させてしまう。さらに、BM膜16上に
は蛍光体粒子12zが塗布されないか、一部分が重なっ
て塗布されるので、蛍光膜12の上に作られたアルミニ
ウム膜13と蛍光膜12の間に大きな空間ができる。こ
の空間が平均自由工程の長い散乱光15となるため、近
隣の蛍光膜12への散乱光15の伝播を助長する。散乱
光15の作用は、単色の蛍光膜12よりもカラーの蛍光
膜12で強調されるので、輝度を増加させると、表示画
面の白色化が進み、映像の色純度が低下してしまってい
た。
【0006】CRTの蛍光膜は、高輝度が得られる理由
で、粒子径が3ミクロン前後の結晶化した蛍光体粒子を
数層に配列して作られる。蛍光膜上に照射する電子ビー
ム径は、蛍光体粒子径よりも遥かに大きく500ミクロ
ン前後であるので、蛍光膜上に映し出される映像の解像
力は、蛍光膜上に照射した電子ビーム径で基本的に決ま
る。蛍光膜上の映像の解像力を決める電子銃は既に十分
に開発され、要求する高解像力の映像を蛍光膜に映し出
すことが可能になっている。
【0007】表示装置のスクリーンに映し出された映像
は眼で見られるので、眼に優しいことが好ましい。そこ
で表示装置には解像力の他に重要な要素として映像の輝
度と画質がある。表示装置の画像を長時間にわたり快適
に見るためには画面輝度が、眼に負担をかけないように
する必要がある。ところで、眼には明るい光をとらえる
スイ状体と暗い光をとらえるカン状体があり、明るい光
に対してはスイ状体だけが働き(明順応視)、暗い光に
対してはカン状体だけが働く(暗順応視)ことが知られ
ている。表示装置の画像は明るいので、画像は明順応視
した眼で見ることになる。表示装置の画像を見る際は、
一般に表示装置画面全体を視野内に入れるので、背景と
なる部屋の家具調度等も同一視野に入る。背景となる家
具調度等も明順応視で見ることができるように部屋が明
るくされていると、背景と画面の両方を明順応視した眼
で見ることができ、眼の疲労が少なくなる。背景と画面
間に順応視差があると、明順応視と暗順応視の両方の受
光体が同時に使われ、時間の経過に伴い眼の疲労が大き
くなってしまう。
【0008】明順応視においては、表示装置画面の方が
背景輝度より僅かに明るいと、表示装置画面上の映像を
快適に見ることができる。通常、照明のある部屋の照度
は平均1,500ルックスある。1,500ルックスに
照明された部屋に置かれた家具調度や壁の輝度は、平均
で150cdm2 ある。明視の距離である25cm前後
で画面を見れば、表示装置の画面輝度が170から20
0cd/m2 である時、表示装置の観賞者は明順応視し
た眼で周辺の家具調度と違和感無しに映像を見ることが
でき、眼の疲労が少なくなる。部屋に置かれた家具調度
の輝度が小さい場合、即ち部屋の照度が低いと、明順応
視した眼で映像を見ると共に、同一視野に入る背景を暗
順応視した眼で見ることになるので眼にかかる負担が大
きく、疲れやすくなるため好ましくない。眼に負担をか
けずに表示装置の画面を見るために要求される輝度は、
表示装置画面と観賞者との距離により変わり、距離が離
れるに従い、要求輝度は明視距離の輝度よりも増加す
る。200cd/m2 以上の輝度を1万時間以上の長期
間にわたり保持することができる表示装置はCRTだけ
である。
【0009】CRTの蛍光膜面の輝度を上記した要求水
準まで上昇させると、明視距離で見た時、蛍光膜全面の
輝度の揺れと映像の小さな揺れ(通常フリッカーと呼ぶ)
が発生する。明視距離から離れるとフリッカーは見えな
くなるが、人間の眼は小さく動く映像や明るさの変動を
敏感に検出する特性を持つので、観賞している映像とは
関係ない蛍光膜面のフリッカーと、映像の小さなフリッ
カーを、例えフリッカーが明確に認知できない程に小さ
くとも映像の観賞者の眼は鋭敏に検出し、頭脳に伝達す
る。観賞に関係ない映像のフリッカーを長い時間無意識
で検出していると眼の疲労が大きく、乱視などの眼の機
能障害が起こるだけで無く、眼底の痛みや頭痛を伴うこ
とがある。この理由でCRT画面のフリッカーは絶対的
に避けなければならない。経験則としてCRT画面の輝
度を下げるとフリッカーは抑制される。現在のHDTV
では、CRT蛍光膜面の輝度を低くし、フリッカーの問
題を回避している。場合によっては、TV画面の観賞者
は薄暗い部屋でTV番組を見ることがあるので、弱視や
乱視などの眼の機能障害と頭脳の疲労を引き起こすおそ
れがある。表示装置が観賞者に目の障碍を気にせずに広
く受け入れられるには、要求される高輝度でもフリッカ
ーの無い映像を映すCRTを開発する必要があった。
【0010】2002年1月に出版された材料化学物理
誌 (Journal of Materials Chemistry and Physics)の
73巻144から150ページに記載された内容による
と、CRTの蛍光膜面のフリッカーは、電子が照射され
た蛍光体粒子から必然的に放射される二次電子の捕集に
関係する。フェースプレートに付けられた透明伝導膜上
に蛍光膜を3層以下で塗布し、蛍光膜下の透明伝導膜に
陽極電圧を印加すると、蛍光膜内の蛍光体粒子は高い陽
極電界に置かれ、透明伝導膜により蛍光膜面から二次電
子が有効に取り除かれる。その結果、要求される蛍光膜
面の輝度でも蛍光膜面のフリッカーを消すことができ
る。
【0011】現在のCRTの蛍光膜は、電気的に絶縁体
であるガラス基板のフェースプレート上に直接塗布する
ことにより形成されている。陽極はファンネル内壁面に
塗布された炭素膜であり、フェースプレートとは直角に
配置されている。従って強い陽極電界が印加されるのは
蛍光膜周辺の蛍光体粒子だけで、蛍光膜の大部分の蛍光
体粒子には弱い陽極電界しか印加されていない。電気的
に浮遊している蛍光体粒子表面の二次電子は、二次電子
量が少ない時には、積算された二次電子を陽極で捕集す
ることができる。この捕集の際に、二次電子の大きな塊
である電子雲の移動が画面の大きなフリッカーとなって
観察される。小さな電子雲の変動が小さな映像のフリッ
カーとなる。このようにしてあらわれるフリッカーの大
きさは、蛍光膜に電子ビームを照射する条件で決まり、
電子ビーム量が増加すると共に大きくなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】フリッカー発生をなく
した高輝度蛍光膜上の映像で問題になるのは、映像のシ
ャープネスおよび、映像のコントラストの低下とカラー
CRTの場合には映像の白色化があげられる。CRTの
蛍光膜面の輝度が高いと、蛍光膜面の映像の端がにじ
み、映像の輪郭がぼけると同時に、電子ビームが照射さ
れていない部分も明るく発光してしまう。この結果、映
像が映る蛍光膜内の背景輝度が増加する。映像のコント
ラストは蛍光膜内の背景輝度と映像輝度の比で与えられ
るので、映像のコントラストが低下することになる。カ
ラー蛍光膜での蛍光膜内の背景輝度の増加には基本三原
色の発光が混合する結果、映像が白色化し、色純度の高
い鮮明なカラー映像を高輝度で得ることができない。こ
のようなことから、通常はコントラストを向上させる目
的で蛍光膜面の輝度を下げている。現在では、輝度を下
げた高解像力CRTが提供され、コントラストが向上し
た映像を見ることができるようになったが、既に説明し
たように低輝度画面の映像を見ることによる眼と頭脳の
疲労という課題に対しては何らの解決手段もなされてい
ない。このように、CRTの蛍光膜面の輝度を要求水準
まで増加させても、コントラストの高い鮮明で色純度の
高い映像が得られるCRTが求められていた。
【0013】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するべ
く、本発明者が研究した結果、上記した映像の輪郭のぼ
けとコントラストの低下は、解像力を決める電子ビーム
径とは関係なく、蛍光膜内にある蛍光体粒子による光散
乱に原因していることが明らかになった。蛍光膜には蛍
光膜の輝度に関係なく光散乱が存在しているが、光散乱
については眼が補正してしまうため光散乱への対策は特
に重要視されていなかった。眼は光強度がある閾値以下
になると眼は光強度の差を検出できなくなるという特性
がある。この特性を利用して、散乱光の水準を所定の閾
値以下に下げることにより、コントラストを最大にする
蛍光膜輝度を経験的に設定することができる。しかしな
がらこれは本質的な解決ではないので、蛍光膜の映像の
画質を印刷画質に近づけることは出来ない。蛍光膜に表
示される画質そのものを改善するには、光学に基づいた
本質的部分から解決しなければならない。
【0014】蛍光膜を構成する蛍光体粒子は微小である
が、各粒子は一個の結晶の光学特性を持つ。蛍光体の各
粒子は、発光中心が高い遷移確率を持つ理由で非対称性
の高い結晶を使うので、異常に大きな光屈折率を持つ。
例えば、青と緑の蛍光体の基体結晶は硫化亜鉛である。
硫化亜鉛の屈折率は2.39である。この値はダイヤモ
ンドの2.42と変わらない。赤色蛍光体の基体結晶で
ある硫酸化イットリウムの光屈折率は不明であるが、薄
膜での実験では硫化亜鉛の光屈折率の値と近似している
ことが知られている。非常に高い光屈折率により蛍光体
粒子に入射する光の40%は粒子表面で反射し、残りの
60%の光が粒子に入る。CRTの蛍光膜には先に説明
したように100億個の蛍光体粒子が無作為に配列して
いるので、蛍光膜に入射した光は蛍光膜内に存在する膨
大な数の蛍光体粒子表面で無作為方向に反射して散乱
(拡散散乱)する。
【0015】本発明者は、更に種々の検討を重ねた結
果、蛍光体粒子は可視光に吸収帯を持たないので、蛍光
体粒子に入射した可視光は内部反射を繰り返しながら、
全て蛍光体粒子外に出てくること。および、粒子外に出
た光は他の蛍光体粒子の表面で反射と入射を繰り返すの
で、拡散散乱の距離は蛍光膜で発光した光では強調され
ること。そして、蛍光膜内で発光した光は蛍光膜内で拡
散散乱が強調された後に観賞者の眼に届くことから、映
像は広い視野角を与えることを見出した。また、拡散し
た光は垂直方向だけでなく、蛍光膜の水平方向にも同程
度に進み、水平方向への拡散は、観賞者側では映像の輪
郭のぼけと、蛍光膜内の背景輝度の増加となることも見
出した。さらに、輪郭のぼけと、蛍光膜内の背景輝度の
増加は映像を不鮮明にする事を発見した。以上のことか
ら、発明者は蛍光膜内での光散乱の広がりを最小にする
蛍光膜を作ることにより、映像の輪郭ぼけとコントラス
トの低下を最小限に抑えられることに想到した。
【0016】すなわち、フェースプレートと、該フェー
スプレート上に蛍光体粒子が塗布されてなる蛍光膜と、
電子ビームを照射する陰極と、陽極とにより構成され、
前記陰極からの電子ビームの照射により蛍光膜の蛍光体
粒子を発光させて映像を表示する電子線管の蛍光膜であ
って、前記フェースプレート上に形成された蛍光膜が、
多数の微小蛍光膜で構成され、当該微小蛍光膜の外周
が、平均直径が1乃至8マイクロメートルにある無機化
合物の粉体と、平均直径が1マイクロメートル未満の炭
素微粉体の混合物から成る微小蛍光膜の高さ半分以上の
高さを有すると共に、可視光を吸収し、かつ、電気伝導
性を有する障壁により囲まれていることを特徴とする電
子線管の蛍光膜である。これにより、微小蛍光膜からの
散乱光が隣接する微小蛍光膜に影響を与えないので、高
鮮明な映像を表示することができる。さらに、電導性を
有する障壁であることから、二次放出電子を障壁で捕集
することができ、フリッカーのない映像を表示すること
ができる。
【0017】また、前記障壁は、ブラックマトリクスと
一体に形成されていることが望ましい。これによれば、
微小蛍光膜からの散乱光が隣接する微小蛍光膜に与える
影響をさらに好適に抑えることができる。
【0018】さらにまた、前記無機化合物が硫酸化イッ
トリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、硫化亜鉛の
いずれかであることが好ましい。これによれば、CRT
の製造工程にある加熱工程における450℃前後の温度
においても物理的に安定な状態を維持できる。さらに
は、使用済み混合粉体を再生し、再利用できるとCRT
の製造単価を低減することができる。また、無機化合物
の粉体と炭素微粉体の混合物における炭素微粉体の割合
が0.05~20重量%の範囲であることが望ましい。
これによれば、高真空中における障壁からの脱ガスの量
を抑えることができると共にフリッカーが無く、シャー
プネスがしっかりし、コントラストの高い映像を表示す
ることができる。なお、蛍光体粒子は、カラー蛍光体で
あっても、単色の蛍光体のみであってもよい。
【0019】さらに他の発明として、フェースプレート
と、該フェースプレート上に蛍光体粒子が塗布されてな
る蛍光膜と、電子ビームを照射する陰極と、陽極とによ
り構成され、前記陰極からの電子ビームの照射により蛍
光膜の蛍光体粒子を発光させて映像を表示する電子線管
表示装置であって、以上の蛍光膜のいずれかを備えてい
ることを特徴とする電子線管を使用した表示装置であ
る。これによれば、フリッカーのない高鮮明な映像を表
示することが可能になる。
【0020】蛍光膜の光散乱の広がりは、蛍光膜を構成
する蛍光体粒子の層数と散乱光の平均自由工程が関係す
る。蛍光体粒子層数が多くなると光散乱の距離が広が
る。同じ層数でも蛍光体粒子の充填が粗であると散乱光
の平均自由工程が長くなり光散乱の距離が広がる。先ず
蛍光体粒子は最密充填で理想的に出来ている場合を考え
る。通常CRTの操作条件では、電子の蛍光体粒子への
突入距離は蛍光体粒子径よりも遥かに短いので、蛍光膜
で発光する蛍光体粒子は、電子銃側からみて第一層に配
列した蛍光体粒子のみである。発光粒子とCRTのフェ
ースプレート間に介在する蛍光体粒子は発光に関与せ
ず、発光した光の光散乱体として働く。CRTのフェー
スプレートに蛍光体粒子を一層で配列すれば、発光に関
与せず、光散乱媒体として働く蛍光体粒子が蛍光膜中に
無くなる結果、蛍光膜中での光散乱を最小に出来る。し
かし、一層の配列では蛍光体粒子間に隙間があり、この
隙間部分は電子ビームがフェースプレートのガラスに直
接に当り、発光に関与しないので、蛍光膜の輝度が著し
く低下する。蛍光膜の輝度を最大にするには、電子銃側
から見てフェースプレートに隙間無く蛍光体粒子を配列
する。1990年に講談社から出版された著書、Cathod
oluminescenceの116ページ、7.1.5章1990に記
載されている理論によれば、その様な最小蛍光膜層数は
蛍光体粒子を1.4層に配列して作られるものとされて
いる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子線管表示
装置の好適な実施の形態について図面と共に詳細に説明
することにする。本実施の形態においては電子線管表示
装置としてCRT表示装置についてのみを説明するが、
本発明にかかる電子線管の蛍光膜は、CRT表示装置の
みではなく、例えば、FED等の他の電子線管表示装置に
ついてもCRTの蛍光膜と同様である。したがって、本
発明における電子線管とはCRTのみに限定されるもの
ではないのはもちろんである。
【0022】CRT表示装置には大きく分けて、単色C
RT表示装置とカラーCRT表示装置がある。先ず蛍光
膜の構造が簡単な単色CRT表示装置について説明す
る。図3は、本発明に係るCRT表示装置の蛍光膜の説
明図である。図3におけるCRT表示装置の表示部20
は、フェースプレート22と、フェースプレート22に
塗布された蛍光体粒子24zから成る蛍光膜24と、隣
接する蛍光体粒子24zを隔てる障壁26と、蛍光膜2
4を覆うアルミ膜28とにより概略が構成されている。
本明細書においては、フェースプレート22と障壁26
とアルミ膜28とにより囲まれた空間を蛍光膜ピクセル
30と呼ぶことにする。また、符号32は図示しない電
子銃から照射された電子ビームである。
【0023】図3に示すように、蛍光膜24で散乱光の
広がりを蛍光膜24内の各蛍光膜ピクセル30内に閉じ
込めると、蛍光膜ピクセル30内の輝度に関係なく、そ
の蛍光膜ピクセル30から近隣の蛍光膜ピクセル30へ
の散乱光の伝播は無くなる。蛍光膜30内の散乱光が蛍
光膜ピクセル30内に閉じ込められるので、蛍光膜ピク
セル30全体の背景輝度は蛍光膜ピクセル30内の輝度
に無関係となる。その結果、蛍光膜ピクセル30が高輝
度になっても、隣接する蛍光膜ピクセル30内の蛍光体
粒子24zが発光しないため、表示部20に映された映
像のぼけが無くなり、映像のコントラストは蛍光膜ピク
セル30の輝度増加で大きくなり、単色CRTの表示部
20に写真や印刷図面と同等な画質を持った映像を映し
出すことができる。
【0024】散乱光の広がりを各蛍光膜ピクセル30内
に閉じ込めるには、蛍光膜ピクセル30の周囲を光吸収
材料の障壁26で囲むと良い。障壁26に到達した光は
障壁26で吸収され、近隣の蛍光膜ピクセル30に伝播
しない。障壁26の高さは蛍光膜24の高さの半分程度
の高さでも良いが、蛍光膜24の高さと同じもしくはや
や高くすれば、蛍光膜ピクセル30は障壁26内に埋め
られた状態になるので、蛍光膜ピクセル30内に光を閉
じ込める効果が高くなり好都合である。ただし、障壁2
6の高さが蛍光膜24の高さよりも遥かに高いと、蛍光
膜24の形成を困難にするので、蛍光膜24を製造する
上ではあまり好ましくない。
【0025】障壁26の材料として好適なものは、可視
光を吸収する材料が好ましく、一般的には黒色の材料が
これにあてはまる。障壁26の材料はCRTの製造工程
に在る加熱工程においても分解せず、また高真空中でガ
スを発生しない材料を選択する。したがって、有機化合
物は除かれ、障壁16への使用可能な材料は無機化合物
となる。
【0026】更に、蛍光膜ピクセル30を囲む障壁26
の材料は、光吸収を持つだけでなく、伝導性を有してい
ると好都合である。伝導性を持った障壁26の材料で蛍
光膜ピクセル30を囲むと、各蛍光膜ピクセル30を囲
んだ障壁26は、フェースプレート22の上で互いに連
結しているので電気的に連続となる。したがって障壁2
6の一端を陽極に接続すると、フェースプレート22の
全面に均一に分布する障壁26の全てが陽極と同電位に
なり、フェースプレート22の全域の蛍光体粒子24z
に均等に強い陽極電界を印加することができる。電子ビ
ーム32が照射された蛍光膜ピクセル30からは二次電
子が放射されるが、強い陽極電界下に置かれた各蛍光体
粒子24zの表面にある二次電子は、蛍光体粒子24z
の表面に滞留することなく、障壁26の電極により効率
良く捕集され、残りの二次電子は陽極により加速され、
蛍光体粒子24zに再突入する。その結果、蛍光体粒子
24zの表面の二次電子は全て取り除かれ、映像のフリ
ッカーは消える。このように伝導性を有する障壁26を
採用することにより、蛍光膜塗布の難しいフェースプレ
ート22の上の伝導透明膜を使わず、フェースプレート
22のガラス基板上に直接に蛍光膜24を塗布すること
ができ、映像のフリッカーが除去できる。
【0027】障壁26の材料はCRTの製造工程の加熱
で酸化しないか、酸化してもその酸化物が伝導性を持つ
材料が好ましい。そのような黒色無機材料に炭素の粉体
があげられる。なお、障壁26に使用可能な材料は炭素
粉に限定されるものではない。例えば単色に発光する
光膜24では、発光する光だけを吸収し、伝導性を持っ
た有色無機化合物も採用することができる。
【0028】蛍光膜ピクセル30が電子ビーム32の径
と同じかそれよりも大きいと、映像の解像力は電子ビー
ム32の径よりも大きくなり、蛍光膜ピクセル30の組
み合わせで解像力が決まり、解像力の向上には限界があ
るので好ましくない。シャープネスがしっかりとした映
像を得るには、電子ビーム32の径よりも小さい蛍光膜
ピクセル30が必要である。電子ビーム32の径内に2
個の蛍光膜ピクセル30が入ると、映像の解像力は電子
ビーム32の径の3/2倍になる。電子ビーム32の径
内に3つの蛍光膜ピクセル30が入ると解像力は電子ビ
ーム32の径の4/3倍になる。一般に、映像の解像力
は式1で求めることができる。式1中のnは電子ビーム
の径内に入る蛍光ピクセルの個数である。
【式1】解像力=電子ビーム径×(1+1/n)
【0029】蛍光膜ピクセル30の形は特に制限がな
く、円形であっても、角型であっても、また短冊形であ
っても、蛍光膜に映される映像の解像力が確保できるな
らば差し支えない。
【0030】図4は本発明に係るカラーCRTの表示部
の説明断面図である。カラーCRTの表示部20におけ
る構成要素のうち、図3と同じ構成のものについては、
図3と同符号を付することにより説明を省略する。カラ
ーCRTの表示部20の場合、BM膜34を蛍光膜24
の高さと同じかやや高くし、微小蛍光膜を囲んで障壁2
6とすれば、散乱光は微小蛍光膜の内部に閉じ込められ
る。カラーCRTの表示部20の場合、蛍光膜24は可
視の全域に発光する光を利用するので、障壁26の材料
には可視光の全てを吸収する黒色の体色を持った材料を
使う。障壁26の材料はCRTの製造工程における加熱
工程においても分解せず、また高真空中でガスを発生し
ない材料であることが好ましく、有機化合物は除かれ、
無機化合物が用いられる。障壁26の材料は、光吸収だ
けでなく、伝導性を付与すると、障壁26は電子の照射
された蛍光膜24から必要量の二次電子を捕集する働き
を持つと同時に、陽極が残余二次電子を加速して蛍光体
粒子に再突入させるので、表示画面からフリッカーが消
える。このような無機材料として、炭素の微粉体を利用
することができる。
【0031】カラーCRTの表示部20の場合、三色に
発光する蛍光膜24が一組になったトライアドが、映像
のシャープネスを決める。トライアドの大きさは電子ビ
ーム32の径よりも小さくするのが一般的である。カラ
ー映像の解像力とトライアド径の関係は式1で表され、
通常トライアド径は電子ビーム32の径の三分の一(1
/3)以下に取られる。トライアド内の微小蛍光膜の形
には制限がなく、円形蛍光膜のデルタ配置であっても、
角型蛍光膜の配列であっても、また短冊形蛍光膜の配列
であっても、カラーCRTの表示部20に映されるカラ
ー映像の解像力が確保できるならば差し支えない。以下
の記述では各色の微小蛍光膜をも含めて蛍光膜ピクセル
30として記述している。
【0032】蛍光膜ピクセル30を取り囲む障壁26に
微粉体からなる炭素膜を使い、障壁26の高さを蛍光膜
24の厚さと同等かこれより僅かに高くすると、厚い炭
素膜でできた障壁26の内部から排出される脱ガスの排
除が問題となる。脱ガスの排除は炭素膜を薄くすること
により解決する。障壁26の炭素膜を薄くするには、障
壁26を炭素微粉体だけで作らず、基本となる障壁26
を蛍光体粒子24zに近似した無機粉体の粒子で構成
し、それぞれの無機粒子表面を一様厚の炭素微粉体で覆
えば、障壁26の炭素膜厚を実質的に薄く形成すること
ができる。無機粉体の粒子の表面を炭素微粉体で覆うに
は、両粉体を乾式、又は湿式ボールミル等の混合機を用
いて混合することにより行う。炭素微粉体の粒子径は1
ミクロン未満の粒径であり、無機粉体の粒子径は数ミク
ロンあるので、混合した粉体では無機粉体の粒子表面を
炭素微粉体粒子が覆う状態になる。炭素微粉体の材料と
して、通常のCRTの製造で使用するアクアダック(商
品名)を使用できる。無機粉体の粒子表面を覆う炭素膜
の厚みは混合比により制御すると、混合粉体は炭素単独
と同じ光吸収係数を待つと同時に、良好な伝導性をも持
ち合わせている。この混合粉体を使い蛍光膜ピクセル3
0を囲む障壁26を作ると、高真空中での脱ガスの問題
を緩和できる。
【0033】混合粉体に使用できる無機粉体材料には、
大気中で化学的に安定な材料であるだけでなく、CRT
の製造工程にある加熱工程における450℃前後の温度
においても物理的に安定な材料である必要がある。使用
済み混合粉体を再生し、再利用できるとCRTの製造単
価を低減する点で有利である。再生する混合粉体中の炭
素は600℃から700℃の加熱による燃焼で取り除け
るので、無機粉体材料は炭素の燃焼温度以上でも安定な
材料であることが望まれる。炭素を除いた後の無機粉体
材料は、粒子表面を清浄にする目的で、酸などで軽くエ
ッチングするので、無機酸に対して小さな溶解度を持つ
ことが望ましい。そのような無機粉体材料として、硫酸
化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等があ
る。この他の材料としては、単価の低い硫化亜鉛なども
使用できる。
【0034】炭素微粉体と無機粉体材料の混合比は、無
機粉体材料の粒子径と粒子形状により異なるが、脱ガス
の問題については無機粉体材料に対し、炭素微粉体が重
量比で20%以下である時に良好な結果が得られる。よ
り好ましい混合比は炭素微粉体が0.05から10重量
%の範囲であり、更に好ましい混合比は、炭素微粉体が
0.1から3重量%の範囲である。蛍光膜ピクセル30
の障壁26をフェースプレート22の上に形成するに
は、上記範囲内の混合比で調合された混合粉体をスラリ
ー状にし、通常のCRTの製造に使うBM膜34の形成
と同じ方法で、BM膜34の膜厚のみを変えて作る。障
壁26が乾燥した後に、必要な蛍光体粒子24zをフェ
ースプレート22の上に塗布し、フォトリソグラフィー
法を適用し、障壁26に蛍光体粒子24zを埋めるよう
にして蛍光膜ピクセル30を形成する。
【0035】このようにして光を吸収する伝導体で作ら
れた障壁26に埋められるようにして形成した蛍光膜ピ
クセル30を全面に塗布したフェースプレート22と、
ファンネルをフリットガラスにより接合し、更に電子銃
をネック管端に設置して、通常のCRT製造工程を経て
CRTを製造する。このようにして作られたCRTを使
用した表示装置をNTSCの操作条件で、又はPCモニ
ターの操作条件で稼動すると、高輝度な映像を明視距離
で見てもフリッカーが無く、シャープネスがしっかり
し、コントラストの高い映像を表示することができ、紙
に印刷した画質や、医療診断に使うフィルムの画像と略
同等な画質の映像が単色蛍光膜面に映し出される。ま
た、カラーCRTにおいては、高輝度でも色純度が高
く、かつ、白色化しない、カラー写真のように鮮明なカ
ラー映像を映し出すことができる。
【0036】
【実施例1】CRTには単色CRTとカラーCRTがあ
り、それぞれの製造手順は次のようになっている。 1 フェースプレート上に蛍光膜ピクセル障壁の作成 2 蛍光体を障壁内に塗布 3 蛍光膜の上にアルミニウム膜の作成 4 フェースプレートとファンネルの接合 5 電子銃の設置 6 排気 7 CRTの完成 障壁26は両者に共通であり、2以下の工程は従来のC
RTの製造工程と同一である。したがって実施例1にお
いては障壁26の形成方法について詳細に説明する。
【0037】先ずフェースプレート22上に障壁26の
ネガティブパターンとなる蛍光膜24の半分以上の厚さ
のPVA膜40を塗布しなければならない。本発明に係
蛍光膜24に用いる障壁26の形成に要求されるPV
A膜40の厚さは3ミクロン前後である。このように厚
いPVA膜40は、フェースプレート22が平坦なガラ
ス板を使用した表示装置であるならば、印刷法で容易に
塗布することができるが、CRTのフェースプレート2
2のように曲面を有するガラス板である場合には印刷法
は使えないため、回転塗布法により塗布する。PVA水
溶液の塗布も可能であるが、PVA膜40の厚みの制御
が困難である。本実施例においては蛍光体粒子24zの
粒子径と同径な無機粉体とPVAを混合したPVAスラ
リー42を用いて塗布する。本実施例では、硫酸化イッ
トリウム粉体によるPVAスラリー42を使うが、使用
材料は硫酸化イットリウム粉体に限定されず、粉体であ
る他の無機化合物を使用しても差し支えない。
【0038】表1は、障壁を形成する際の使用材料の混
合比を示している。
【表1】 PVAスラリー42の混合比は表1の値に限定されず、
他の混合比で作られたPVAスラリー42としてもよ
い。ただし、硫酸化イットリウム粉体の混合量が増加す
るに従い露光したパターンの広がりと膜の切れが悪くな
る事は注意しなければならない。図5は障壁の形成工程
の概略を示す説明図である。図5に基いて、障壁26の
製造工程について説明する。表1示した混合比によりP
VAスラリー42を作り、回転塗布台を用いて回転数1
50rpm前後で30秒間回転して14インチCRTの
フェースプレート22(a)にPVAスラリー42液を
塗布し、乾燥させ、PVAスラリー42をPVA膜40
にする(b)。乾燥したPVA膜40にシャドウマスク
の穴を透過した紫外線を照射し、PVA膜40を露光す
る(c)。露光後、加圧水を用いて現像すると、露光し
た部分のPVA膜40aはフェースプレート22の上に
接着して残る。一方、露光されなかった部分のPVA膜
40bは取り除かれる。フェースプレート22の上に残
ったPVA膜40が蛍光膜ピクセル30を取り囲む障壁
26のネガティブ像である(d)。
【0039】障壁26を形成する材料は次のようにして
準備する。100グラムの硫酸化イットリウム粉体と5
グラムのコロイド黒鉛、10グラムの純水を混合してペ
ーストを作る。このペーストを90℃に加熱した乾燥機
で乾燥する。乾燥物は乳鉢やボールミルなどで粉砕す
る。粉砕してから100メッシュの篩を使って、塊を取
り除く。篩を通過した粉体は、表面が黒鉛の粉末で覆わ
れた粉体である。この粉体20グラムと純水40グラ
ム、珪酸カリの水溶液0.01グラムを混合してスラリ
ー43を作る。このスラリーを障壁26のネガティブ像
のあるフェースプレート22の上に回転数250rpm
で回転する塗布機を使用して塗布すると、障壁26のネ
ガティブ像内にスラリー43が塗布される。スラリー4
3を乾燥させると、黒鉛で覆われた粉体43aとなる。
スラリー43を乾燥させた後、過マンガン酸溶液、過酸
化水素溶液などの酸化剤溶液で現像すると、ネガティブ
像を形成しているPVA膜40のみが酸化され、フェー
スプレート22から脱落する。水洗後には黒鉛で覆われ
た粉体43aで作られた障壁26だけが残る。乾燥した
フェースプレート22に蛍光体粒子24zを塗布してか
ら、通常のCRTの製造作業工程を加えると、障壁26
で囲まれた蛍光膜24を有するCRTが完成する。
【0040】スラリー43による障壁26は次の方法で
も作ることが出来る。硫酸化イットリウム粉体を直接に
コロイド黒鉛の溶液に添加し、この懸濁液を良く攪拌し
てから、障壁26のネガティブ像が形成されたフェース
プレート22の上に塗布する。乾燥後、酸化剤溶液で現
像すると、ネガティブ像を形成しているPVA膜40の
みが酸化され、フェースプレート22から脱落する。水
洗後には乾燥したスラリー(黒鉛で覆われた粉体)43
aで作られた障壁26だけが残る。この方法を用いて
も、スラリー42で障壁26を作ることができる。
【0041】
【実施例2】図3に基づいて説明する。黒鉛で覆われた
粉体43aによる障壁26を持ったフェースプレート2
2を用いた、単色のCRTは次のようにして作られる。
白色に発光する蛍光体には各種があるが、ユーロピウム
とテルビウムで共付活した白色に発光する硫酸化イット
リウム蛍光体で作るのが最も望ましい。表2は本実施例
におけるPVAスラリーの配合表である。
【表2】 硫酸化イットリウム蛍光体とPVAからなるスラリー
を、表に示した配合で調合し、スラリー43を作り、
回転塗布台により障壁26が形成されたフェースプレー
ト22の上に塗布し、乾燥させる。蛍光体粒子24zが
乾燥したフェースプレート22を、蛍光体粒子24zを
塗布した面とは反対側のフェースプレート22の前面か
ら、フェースプレート22のガラスを通して一様な強度
分布を持った紫外線をフェースプレート22全面に照射
して露光する。障壁26の内側に塗布された蛍光体粒子
24zは感光し、フェースプレート22に付着する。障
壁26の上に塗布された蛍光体粒子24zは障壁26が
露光UVを吸収するので露光されず、フェースプレート
22に付着しない。露光後のフェースプレート22を通
常のCRTの現像条件で現像すると、黒色の障壁26に
囲まれた蛍光体粒子24zがフェースプレート22の上
に残る。この状態でも鮮明な映像を表示することができ
る蛍光膜24とすることができるが、更に映像の輝度を
増加させるには、この蛍光体粒子24zの上に通常のア
ルミニウム膜28の形成方法により、アルミニウム膜2
8を前記蛍光体粒子24zの上に形成し、表示部20が
完成する。これ以後は通常の単色CRTの製造工程を経
て本発明に係る単色CRTを製造することができる。
【0042】単色のCRTの製造で、電子ビーム32の
集束法を変えると、電子ビーム32の集束を密にするこ
とができる。電子ビーム32の収束は、予備(前段とも
呼ぶ)収束と本収束に分かれる。予備収束電極は、加熱
ヒーター、陰極、第一グリット、第二グリットからな
り、陰極から電子ビーム32を引き出し、引き出した電
子ビーム32をゆるく収束する。本収束は予備収束され
た電子ビーム32を、表示部20面で所望の大きさに収
束する。本収束の方法には、多数の電極の組み合わせか
らなる静電収束と、電子顕微鏡等で用いられている磁気
収束がある。表示部20上の電子ビーム32の径を密に
収束するには磁気収束が適している。単色のCRTの場
合、陽極電圧は一定であるので、電磁石の代わりに駆動
回路の電力を使わない永久磁石を使うと、密な収束効果
と消費電力の低減を図ることができる。CRT装置の電
力消費は、偏向コイルの消費電力が最も大きくなってい
るため、偏向コイルの消費電力を低減させればCRT装
置の消費電力の低減に大きく貢献することができる。電
子ビーム32を偏向する偏向コイルからの磁界強度は電
子ビーム32と偏向コイルとの距離で決まり、距離が短
い程磁界強度は強くなる。電子ビーム32と偏向コイル
との距離はネック管直径で決まり、ネック管直径が細い
ほど偏向コイルの消費電力は少なくなる。ネック管径は
そこに納める電子銃の直径で一般に決まる。電子ビーム
32の直径は通常0.5mm以下であるので、電子銃の
直径を数ミリメートルまで細くしても電子ビーム32の
直径に影響ない。
【0043】さらに予備収束電極の直径を縮小していく
と、ネック管径を決めるのは電子銃の直径ではなくな
り、CRT容器内を排気する排気管の直径となる。排気
管径を考慮すれば、ネック管径は8ミリメートル程度ま
で減少できる。ネック管の先端の所定位置に予備収束電
極からなる単電子銃を取り付ける。その後通常のCRT
製造工程を適用し、CRT内部を高真空に排気し、脱ガ
ス、陰極の活性化、ゲッターの部分活性化を行った後
に、排気管を加熱により融解してCRTを封じ、排気台
から切り離す。ゲッターの活性化後、通常のエイジング
操作を加えると、単色に発光するCRTが得られる。2
個の永久磁石リングをネック管外に配置し、電子ビーム
32の収束位置に固定する。作られたCRTを使った表
示装置をNTSCの操作条件で、又はPCモニターの操
作条件で稼動すると、明視距離で見て、高輝度でもフリ
ッカーが無く、映像のシャープネスが高く、映像のコン
トラストが高い紙に印刷したと同等な映像もしくは、医
療診断に使うフィルムの画像と同等な映像が単色蛍光膜
面に映し出される。
【0044】
【実施例3】図4に基づいて説明する。カラーCRTの
製造は、基本三原色に発光する3種類の蛍光体粒子24
zを塗布する事と、それぞれの蛍光体粒子24zを選択
的に発光させる3つの電子銃の配設、シャドウマスクの
配設を除けば、単色のCRTの製造と変わらない。各色
に発光するカラーの微小蛍光膜dを取り囲む障壁26
を、前述した単色CRTの蛍光膜ピクセル30の障壁2
6と同じ材料を使い、同じ方法でCRTのフェースプレ
ート22の上に作る。これに赤色蛍光体粒子24zaを
通常の方法で塗布・露光し、現像すると障壁26で囲ま
れた赤色蛍光膜aが所定位置に形成される。次いで、緑
色蛍光体粒子24zbを塗布し、上記した方法を繰り返
すと、障壁26で囲まれた緑色蛍光膜bが所定位置に形
成される。最後に青色蛍光体粒子24zcを上記した方
法を繰り返して塗布すると、他の2色の蛍光膜a、24
bと同様に障壁26で囲まれた青色蛍光膜cが所定位置
に形成される。以上に説明した手順によって散乱光を吸
収する障壁26で外周縁を囲んだ3原色蛍光体が塗布さ
れたフェースプレート22ができる。その後通常のCR
T製造工程を経て、CRT内部を高真空に排気し、脱ガ
ス、陰極の活性化、ゲッターの部分的な活性化を行った
後に、排気管を加熱により融解して封じ、CRTを排気
台から切り離してカラーCRTを得ることができる。こ
のCRTを使った表示装置をNTSCの操作条件で、又
はPCモニターの操作条件でビデオ映像を映すと、輝度
に関係なく、フリッカーの無い、映像の輪郭の切れがは
っきりとしていると共に、映像のコントラストが高く、
色が白色化しない色純度の高い、鮮明なカラー写真と同
等なカラー映像を表示することができる。
【0045】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る電
子線管の蛍光膜およびこれを用いた電子線管表示装置
は、蛍光膜内で起こる光散乱の広がりを蛍光膜の最小単
位内に閉じ込めると同時に、蛍光膜内の各蛍光体粒子に
高い陽極電界を印加する結果、蛍光膜の輝度水準に関係
なく、また画素を表示するフレーム周期にも関係なく、
電子線管表示装置のスクリーン全面に現れるフリッカー
と、映像に現れる小さなフリッカーを取り除くだけでな
く、シャープネスが高く、コントラストの高い印刷され
た文字や医療診断に使われる白黒写真と同質の映像を電
子線管表示装置のスクリーンに映し出す。カラー画面に
おいては上記した特徴の外に、高輝度でも色度が白色化
しない、カラー写真と同等な色純度の高い鮮明なカラー
映像を電子線管表示装置のスクリーンに映し出すことが
できる等といった著効を奏するので、表示装置産業に与
える効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の単色の蛍光膜を示す説明図である。
【図2】従来のカラーの蛍光膜を示す説明図である。
【図3】本は発明にかかる単色の蛍光膜を示す説明図で
ある。
【図4】本発明に係るカラーの蛍光膜を示す説明図であ
る。
【図5】蛍光膜の製造手順の概略を示す説明図である。
【符号の説明】 20 表示部 22 フェースプレート 24 蛍光膜 26 障壁 28 アルミ膜 30 蛍光膜ピクセル 32 電子ビーム 34 BM膜 40 PVA膜 42 PVAスラリー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−338273(JP,A) 特開 平7−153386(JP,A) 特開 昭57−202628(JP,A) 特開 平9−237570(JP,A) 特開 平9−245699(JP,A) 特開 平10−199441(JP,A) 特開2001−106938(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 29/32

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェースプレートと、該フェースプレー
    ト上に蛍光体粒子が塗布されてなる蛍光膜と、電子ビー
    ムを照射する陰極と、陽極とにより構成され、前記陰極
    からの電子ビームの照射により蛍光膜の蛍光体粒子を発
    光させて映像を表示する電子線管の蛍光膜であって、 前記フェースプレート上に形成された蛍光膜が、多数の
    微小蛍光膜で構成され、当該微小蛍光膜の外周が、平均
    直径が1乃至8マイクロメートルにある無機化合物の粉
    体と、平均直径が1マイクロメートル未満の炭素微粉体
    の混合物から成る微小蛍光膜の高さ半分以上の高さを有
    すると共に、可視光を吸収し、かつ、電気伝導性を有す
    障壁により囲まれていることを特徴とする電子線管の
    蛍光膜。
  2. 【請求項2】 前記障壁は、ブラックマトリクスと一体
    に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電子
    線管の蛍光膜。
  3. 【請求項3】 前記無機化合物が硫酸化イットリウム、
    酸化アルミニウム、酸化チタン、硫化亜鉛のいずれかで
    あることを特徴とする請求項1または2に記載の電子線
    管の蛍光膜。
  4. 【請求項4】 無機化合物の粉体と炭素微粉体の混合物
    における炭素微粉体の割合が0.05〜20重量%の範
    囲であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項
    に記載の電子線管の蛍光膜。
  5. 【請求項5】 前記蛍光体粒子がカラー蛍光体であるこ
    とを特徴とする請求項1乃至4いずれか一項に記載の電
    子線管の蛍光膜。
  6. 【請求項6】 前記蛍光体粒子が単色の蛍光体のみから
    成ることを特徴とする請求項1、3、4いずれか一項に
    記載の電子線管の蛍光膜。
  7. 【請求項7】 フェースプレートと、該フェースプレー
    ト上に蛍光体粒子が塗布されてなる蛍光膜と、電子ビー
    ムを照射する陰極と、陽極とにより構成され、前記陰極
    からの電子ビームの照射により蛍光膜の蛍光体粒子を発
    光させて映像を表示する電子線管表示装置であって、 請求項1乃至6いずれか一項に記載の蛍光膜を備えてい
    ることを特徴とする電子線管を使用した表示装置。
JP2002173264A 2002-06-13 2002-06-13 電子線管の蛍光膜およびこれを用いた電子線管を使用した表示装置 Expired - Fee Related JP3439469B1 (ja)

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