JP4021694B2

JP4021694B2 - Image display device

Info

Publication number: JP4021694B2
Application number: JP2002101576A
Authority: JP
Inventors: 祥子平原; 勝二階堂; 諭石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: JP2003297266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対向配置された一対の基板と、一方の基板に配設された複数の電子源と、を備えた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高品位放送用あるいはこれに伴う高解像度の画像表示装置が望まれており、そのスクリーン表示性能については一段と厳しい性能が要望されている。これら要望を達成するためにはスクリーン面の平坦化、高解像度化が必須であり、同時に軽量、薄型化も図らねばならない。
【０００３】
上記のような要望を満たす画像表示装置として、例えば、フィールドエミッションディスプレイ（以下ＦＥＤと称する）等の平面表示装置が注目されている。このＦＥＤは、所定の隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板を有し、これらの基板は、その周縁部同士が直接あるいは矩形枠状の側壁を介して互いに接合され真空外囲器を構成している。第１基板の内面には蛍光体層が形成され、第２基板の内面には、蛍光体層を励起して発光させる電子源として複数の電子放出素子が設けられている。
【０００４】
また、第１基板および第２基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には支持部材として複数のスペーサが配設されている。そして、このＦＥＤにおいて、画像を表示する場合、蛍光体層にアノード電圧が印加され、電子放出素子から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体層へ衝突させることにより、蛍光体が発光して画像を表示する。
【０００５】
このようなＦＥＤでは、電子放出素子の大きさがマイクロメートルオーダーであり、第１基板と第２基板との間隔をミリメートルオーダーに設定することができる。このため、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されている陰極線管（ＣＲＴ）と比較して、画像表示装置の高解像度化、軽量化、薄型化を達成することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような画像表示装置において、実用的な表示特性を得るためには、通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、アノード電圧を数ｋＶ以上望ましくは１０ｋＶ以上に設定することが必要となる。しかし、第１基板と第２基板との間の隙間は、解像度や支持部材の特性、製造性などの観点からあまり大きくすることはできず、１〜２ｍｍ程度に設定する必要がある。したがって、第１基板と第２基板との間に強電界が形成されることは避けられず、両基板間に放電が生じる。
【０００７】
そして、放電が生じた場合、基板上に設けられた電子放出素子や蛍光体層が損傷あるいは劣化し表示品位が劣化する恐れがある。このような不良発生につながる放電は製品として望ましくない。そのため、第１基板あるいは第２基板に放電を防止する耐電圧構造、または放電経路を高インピーダンスとする放電電流低減構造を持たせる必要があるが、いずれも十分な効果が得られない上、表示性能の低下や製造コストの増加が避けられないという問題があった。
【０００８】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、放電に対する耐電圧性に優れ画像品位の向上した画像表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、画像表示面を有した第１基板と、上記第１基板に隙間を置いて対向配置されているとともに、電子を放出して上記画像表示面を励起する複数の電子源が設けられた第２基板と、上記第１基板と第２基板との間に配設されているとともに、上記電子源から放出された電子が通過する複数の開孔を有した板状のグリッドと、上記第１基板および第２基板間に配設され、第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、上記グリッドは、上記第１基板に対向した第１表面、および上記第２基板に対向した第２表面を有し、上記第１表面および上記開孔の壁面に高抵抗被膜が形成され、上記開孔の周縁部に形成された高抵抗被膜の膜厚は、上記グリッドの他の領域に形成された高抵抗被膜の膜厚よりも薄く形成され、上記開孔の周縁部において高抵抗被膜が丸みを有している。
【００１１】
上記のように構成された画像表示装置によれば、グリッドの第１表面および各開孔の壁面に高抵抗被膜を設けることにより、放電が生じたとしても発生する放電電流を大幅に低減することができる。これにより、第１基板からの放電による電子源の放電破壊が低減し、放電に対する耐電圧性および画像品位の向上した画像表示装置を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明を、平面型の画像表示装置としてＦＥＤの一種である表面伝導型電子放出装置（以下、ＳＥＤと称する）に適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１ないし図３に示すように、このＳＥＤは、透明な絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる第１基板１０および第２基板１２を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。第２基板１２は、第１基板１０よりも僅かに大きな寸法に形成されている。そして、第１基板１０および第２基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して周縁部同志が接合され、偏平な矩形状の真空外囲器１５を構成している。
【００１３】
第１基板１０の内面には画像表示面として蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、電子の衝突で赤、青、緑に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および黒色着色層１１を並べて構成されている。これらの蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂはストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１７が形成されている。なお、第１基板１０と蛍光体スクリーンとの間に、例えばＩＴＯからなる透明導電膜あるいはカラーフィルタ膜を設けてもよい。
【００１４】
第２基板１２の内面には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層を励起する電子源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８は、画素毎に対応して複数列および複数行に配列されている。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。また、第２基板１２の内面には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１５の外部に引出されている。
【００１５】
接合部材として機能する側壁１４は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、第１基板１０の周縁部および第２基板１２の周縁部に封着され、第１基板および第２基板同志を接合している。
【００１６】
また、図２および図３に示すように、ＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２間に配設されたスペーサアッセンブリ２２を備えている。本実施の形態において、スペーサアッセンブリ２２は、板状のグリッド２４と、グリッドの両面に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備えている。
【００１７】
詳細に述べると、図３および図４に示すように、グリッド２４は第１基板１０の内面と対向した第１表面２４ａおよび第２基板１２の内面と対向した第２表面２４ｂを有し、これらの基板と平行に配置されている。そして、グリッド２４には、エッチング等により多数の電子ビーム通過孔２６が形成されている。この発明における開孔として機能する電子ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８と対向して配列され、電子放出素子から放出された電子ビームを透過する。電子ビーム通過孔２６は、例えば、０．１５〜０．２５ｍｍ×０．１５〜０．２５ｍｍの矩形状に形成されている。
【００１８】
グリッド２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．２５ｍｍに形成されている。そして、グリッド２４の第１および第２表面２４ａ、２４ｂ、並びに、各電子ビーム通過孔２６の壁面は、放電電流制限効果を有する高抵抗被膜４０により被覆されている。この高抵抗被膜４０は、グリッド２４の第１および第２表面２４ａ、２４ｂ、並びに、各電子ビーム通過孔２６の壁面に形成された第１高抵抗被膜４２と、この第１高抵抗被膜に積層形成された第２高抵抗被膜４４とを含んでいる。
【００１９】
第１高抵抗被膜４２は、例えば、低融点ガラス、セラミック等の高抵抗物質で形成され、１×１０^１２〜１×１０^１５Ω／□の抵抗値を有している。また、第２高抵抗被膜４４は、例えば酸化錫、酸化アンチモン等の金属酸化物により形成され、１×１０^７〜１×１０^１１Ω／□の抵抗値を有している。
【００２０】
また、高抵抗被膜４０は、形成条件を調整することにより、各電子ビーム通過孔２６の周縁部２７における膜厚が他の領域における膜厚よりも薄くなるように形成され、平均膜厚は１０ないし２０μｍとなっている。ここで、電子ビーム通過孔２６の周縁部とは、電子ビーム通過孔の内、グリッド２４の第１表面２４ａ側の開孔周縁部２７および第２表面２４ｂ側の開孔周縁部２７を示している。そして、高抵抗被膜４０を上記の厚さ分布とすることにより、各電子ビーム通過孔２６の各周縁部２７において、高抵抗被膜に丸みを持たせることができ、帯電が生じ易い角部を無くすことができる。
【００２１】
グリッド２４の第１表面２４ａ上には、複数の第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、その延出端は、メタルバック１７および蛍光体スクリーン１６の黒色着色層１１を介して第１基板１０に当接している。本実施の形態において、各第１スペーサ３０ａの延出端は、高さ緩和層３１として機能するインジウム層を介してメタルバック１７に当接している。高さ緩和層３１は、電子ビームの軌道に何ら影響を与えるものではなく、スペーサの高さばらつきの緩和効果がある適当な硬度を持つものであれば、金属に限定されるものではない。
【００２２】
また、グリッド２４の第２表面２４ｂ上には、複数の第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、その延出端は、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１に当接している。
【００２３】
第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂの各々は、グリッド２４側から延出端に向かって径が小さくなった先細テーパ状に形成されている。例えば、各第１スペーサ３０ａはグリッド２４側に位置した基端の径が約０．４ｍｍ、延出端の径が約０．３ｍｍ、高さが約０．６ｍｍに形成されている。また、各第２スペーサ３０ｂはグリッド２４側に位置した基端の径が約０．４ｍｍ、延出端の径が約０．２５ｍｍ、高さが約０．８ｍｍに形成されている。このように、第１スペーサ３０ａの高さは、第２スペーサ３０ｂの高さよりも低く形成され、第２スペーサの高さは、第１スペーサの高さに対し約４／３倍以上に設定されている。
【００２４】
また、第１スペーサ３０ａ及び第２スペーサ３０ｂの表面抵抗は５×１０¹³Ω以上となっている。第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂはそれぞれ隣合う２つの電子ビーム通過孔２６間に設けられ互いに整列して延びている。これにより、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、グリッド２４を両面から挟み込んだ状態でグリッド２４と一体に形成されている。
【００２５】
上記のように構成されたスペーサアッセンブリ２２は第１基板１０および第２基板１２間に配設されている。そして、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、第１基板１０および第２基板１２の内面に当接することにより、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。
【００２６】
図２に示すように、ＳＥＤは、グリッド２４および第１基板１０のメタルバック１７に電圧を印加する電圧供給部５０を備えている。この電圧供給部５０は、グリッド２４およびメタルバック１７にそれぞれ接続され、例えば、グリッド２４に１２ｋＶ、メタルバック１７に１０ｋＶの電圧を印加する。すなわち、グリッド２４に印加する電圧は、第１基板１０に印加する電圧よりも高く設定され、例えば、１．２５以内に設定されている。
【００２７】
そして、このＳＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７にアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーン１６へ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層が励起されて発光し、画像を表示する。
【００２８】
次に、以上のように構成されたＳＥＤの製造方法について説明する。スペーサアッセンブリ２２を製造する際、まず、所定寸法のグリッド２４を用意する。この場合、Ｆｅ−５０％Ｎｉからなる板厚０．１２ｍｍの薄板を脱脂・洗浄・乾燥した後、エッチングにより多数の電子ビーム通過孔２６を形成しグリッド２４とする。
【００２９】
その後、グリッド２４の第１表面２４ａを上向きに設置した状態で、上方から低融点ガラスを主成分としたコート液を第１表面に２流体ノズルを用いて塗布し、乾燥する。また、第２表面２４ｂ側も同様に、低融点ガラスを主成分としたコート液を２流体ノズルを用いて塗布し、乾燥する。この時、塗布条件を調整し、電子ビーム通過孔２６の周縁部２７の膜厚が他の領域の膜厚よりも薄くなるようコート液を塗布する。そして、コート液が乾燥した後、焼成することにより、グリッド２４の第１および第２表面２４ａ、２４ｂ、並びに、各電子ビーム通過孔２６の壁面に第１高抵抗被膜４２が形成される。
【００３０】
続いて、酸化錫、酸化アンチモン等の金属酸化物を含有した塗布液を、第１高抵抗被膜４２上に塗布し、乾燥した後に焼成する。これにより、第１高抵抗被膜４２に重ねて第２高抵抗被膜４４を形成し、表面の抵抗値が１×１０^７〜１×１０^１１Ω／□となった高抵抗被膜４０とする。なお、第１高抵抗被膜４２は、グリッド２４を酸化処理して得られた酸化膜からなる絶縁膜であってもよい。
【００３１】
次に、グリッド２４とほぼ同一の寸法を有した図示しない矩形板状の第１および第２金型を用意する。これら第１および第２金型は、それぞれスペーサ成形用の多数の透孔を有している。そして、第１金型及び第２金型の少なくともスペーサ成形用の多数の透孔の表面には熱処理により熱分解する樹脂が塗布されている。第１金型を、各透孔がグリッド２４の所定位置と対向するように位置決めした状態でグリッドの第１表面２４ａに密着させる。同様に、第２金型を、各透孔がグリッド２４の所定位置と対向するように位置決めした状態でグリッドの第２表面２４ｂに密着させる。そして、これら第１金型、グリッド２４、および第２金型を図示しないクランパ等を用いて互いに固定する。
【００３２】
その後、例えば、第１金型の外面側からペースト状のスペーサ形成材料を供給し、第１金型の透孔、グリッド２４のスペーサ開孔２８、および第２金型の透孔にスペーサ形成材料を充填する。スペーサ形成材料としては、少なくとも紫外線硬化型のバインダ（有機成分）およびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いる。
【００３３】
続いて、充填されたスペーサ形成材料に対し、第１および第２金型の外面側から放射線として紫外線（ＵＶ）を照射し、スペーサ形成材料をＵＶ硬化させる。この後、必要に応じて熱硬化を行なってもよい。次に、熱処理により第１および第２金型の各透孔に塗布された樹脂を熱分解し、スペーサ形成材料と金型の間にすき間を作り、第１および第２金型をグリッド２４から剥離する。
【００３４】
続いて、スペーサ形成材料が充填されたグリッド２４を加熱炉内で熱処理し、スペーサ形成材料内からバインダを飛ばした後、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成する。これにより、グリッド２４上に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが作り込まれたスペーサアッセンブリ２２が完成する。この際、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、グリッド２４表面上の高抵抗被膜４０と融合し、高抵抗被膜と一体となってグリッド２４に接合されている。
【００３５】
一方、予め、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７が形成された第１基板１０と、電子放出素子１８および配線２１が設けられているとともに側壁１４が接合された第２基板１２と、を用意しておく。
【００３６】
次に、上記のように構成されたスペーサアッセンブリ２２を第２基板１２上に位置決め配置する。この際、第２スペーサ３０ｂの延出端がそれぞれ配線２１上に位置するようにスペーサアッセンブリ２２を位置決めする。この状態で、第１基板１０、第２基板１２、およびスペーサアッセンブリ２２を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁１４を介して第１基板を第２基板に接合する。同時に、第１スペーサ３０ａの延出端に配置されたインジウム粉末を溶融させ、第１基板１０で押しつぶし高さを補正する。これにより、スペーサアッセンブリ２２を備えたＳＥＤが製造される。
【００３７】
以上のように構成されたＳＥＤによれば、第１および第２基板１０、１２間にグリッド２４を設け、このグリッドに印加する電圧を第１基板に印加する電圧よりも高くすることにより、放電が生じた場合でも、この放電はグリッド２４と第２基板１２との間で発生し、第１基板１０と第２基板１２との間で直接放電する事はない。しかも、グリッド２４の表面は高抵抗被膜４０で被覆されているため、放電が生じたとしても、発生する放電電流を大幅に低減することができる。したがって、第１基板１０からの放電に起因する電子放出素子１８の放電破壊が低減し、放電に対する耐電圧性および画像品位の向上したＳＥＤを得ることができる。同時に、電子源に対する耐電圧構造または放電電流低減構造を不要又は簡略することができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００３８】
本発明者等は、高抵抗被膜４０の抵抗値を種々変更して、電子放出素子の放電破壊の発生率を測定した。その結果を下記の表１に示す。この表から分かるように、高抵抗被膜４０の抵抗値を１×１０^７〜１×１０^１１Ω／□とした場合、高抵抗被膜を設けない場合に比較して放電破壊の発生率が５０％低減した。また、高抵抗被膜４０の抵抗値が１×１０^７Ω／□より低い場合、放電破壊の発生率が３０％しか改善されなかった。
【００３９】
【表１】

【００４０】
一方、高抵抗被膜４０の抵抗値が１×１０^１１Ω／□より高い場合、グリッド２４が帯電と放電を繰り返し、表示の輝度が安定しなかった。これは、グリッド２４に高抵抗被膜４０を形成することにより放電抑制効果が得られる反面、その抵抗値を高くし過ぎるとグリッドが帯電し、その結果、電子ビームがグリッドに吸い付けられ電子ビーム通過孔２６を通過しない場合が生じるためと考えられる。
【００４１】
従って、上記のように高抵抗被膜４０の抵抗値を１×１０^７〜１×１０^１１Ω／□の範囲に調整することにより、放電破壊の抑制および輝度劣化防止を図ることができる。なお、グリッド２４の表面上に高抵抗被膜を形成した場合、高抵抗被膜の抵抗値はグリッドを構成する金属の抵抗値に影響され、所望の抵抗値とすることが難しい。しかしながら、本実施の形態によれば、グリッド２４の表面上に抵抗値の高い第１高抵抗被膜４２を形成し、その上に所望の抵抗値を有した第２高抵抗被膜４４を積層形成することにより、高抵抗被膜４０の抵抗値を上述した範囲に確実に設定することができる。
【００４２】
また、本実施の形態に係るＳＥＤによれば、電子ビーム通過孔２６の開孔周縁部２７における高抵抗被膜４０の膜厚をグリッド２４の他の領域における高抵抗被膜の膜厚よりも薄くすることにより、開孔周縁部２７が帯電し難い構成とすることができる。電子ビーム通過孔の開孔周縁部が帯電した場合、レンズ効果によって電子ビームの軌道が変動するが、上記ＳＥＤによれば、開孔周縁部の帯電を防止し、一層の輝度向上を図ることが可能となる。高抵抗被膜４０の膜厚をグリッド２４の全面に渡って均一にしたＳＥＤとを比較したところ、本実施の形態に係るＳＥＤは、輝度が５％向上した。
【００４３】
更に、本実施の形態によれば、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、グリッド２４表面上の高抵抗被膜４０と融合し、高抵抗被膜と一体となってグリッド２４に接合されている。そのため、第１および第２スペーサの水平方向および垂直方向の強度が増加し、その結果、真空外囲器１５全体の加圧強度を向上することができる。グリッドの高抵抗膜とスペーサとが一体となっていないＳＥＤと比較したところ、本実施の形態に係るＳＥＤは加圧強度が８０％向上した。
【００４４】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図５に示すように、グリッド２４に複数のスペーサ開孔２８を設け、このスペーサ開孔に重ねて第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂを設ける構成としてもよい。より詳細に述べると、スペーサ開孔２８は、それぞれ電子ビーム通過孔２６間に位置し所定のピッチで配列されている。そして、高抵抗被膜４０は、グリッド２４の第１、第２表面２４ａ、２４ｂ、電子ビーム通過孔２６の壁面、およびスペーサ開孔２８の壁面に形成されている。
【００４５】
第１スペーサ３０ａは、スペーサ開孔２８に重ねてグリッド２４の第１表面２４ａ上に一体的に立設され、また、第２スペーサ３０ｂは、スペーサ開孔２８に重ねてグリッド２４の第２表面２４ｂ上に一体的に立設されている。これにより、各スペーサ開孔２８、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに整列して位置し、第１および第２スペーサはこのスペーサ開孔２８を介して互いに連結されている。従って、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、グリッド２４を両面から挟み込んだ状態でグリッド２４と一体に形成されている。
【００４６】
他の構成は前述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。そして、図６に示す実施の形態によれば、前述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、スペーサおよび真空外囲器全体の加圧強度を一層向上することが可能となる。
【００４７】
その他、この発明において、スペーサの径や高さ、その他の構成要素の寸法、材質等は必要に応じて適宜選択可能である。また、電子源は、表面導電型の電子放出素子に限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等、種々選択可能であり、またこの発明は、ＳＥＤに限定されることなく、他のＦＥＤにも適用可能である。
【００４８】
上述した実施の形態において、高抵抗被膜は、グリッドの第１表面、第２表面、および各電子ビーム通過孔の壁面に形成する構成としたが、少なくともグリッドの第１表面および各電子ビーム通過孔の壁面に形成されていれば上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、放電に対する耐電圧性に優れ画像品位の向上した画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るＳＥＤを示す斜視図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って破断した上記ＳＥＤの斜視図。
【図３】上記ＳＥＤを示す断面図。
【図４】上記ＳＥＤにおけるグリッドおよびスペーサ部分を拡大して示す断面図。
【図５】この発明の他の実施の形態に係るＳＥＤの要部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１０…第１基板
１２…第２基板
１４…側壁
１５…真空外囲器
１６…蛍光体スクリーン
１８…電子放出素子
２２…スペーサアッセンブリ
２４…グリッド
２６…電子ビーム通過孔
３０ａ…第１スペーサ
３０ｂ…第２スペーサ
４０…高抵抗被膜
４２…第１高抵抗被膜
４４…第２高抵抗被膜
５０…電圧供給部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device comprising: a pair of substrates facing each other, a plurality of which are disposed on one substrate and the electron source.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an image display device for high-definition broadcasting or a high-resolution image accompanying this has been desired, and the screen display performance is required to be more severe. In order to achieve these demands, it is essential to flatten the screen surface and increase the resolution, and at the same time, it is necessary to reduce the weight and thickness.
[0003]
As an image display device that satisfies the above-described demand, for example, a flat display device such as a field emission display (hereinafter referred to as FED) has attracted attention. This FED has a first substrate and a second substrate which are arranged to face each other with a predetermined gap, and these substrates are joined to each other directly or via a rectangular frame-shaped side wall to form a vacuum outside. It constitutes an envelope. A phosphor layer is formed on the inner surface of the first substrate, and a plurality of electron-emitting devices are provided on the inner surface of the second substrate as electron sources that excite the phosphor layer to emit light.
[0004]
In order to support an atmospheric pressure load applied to the first substrate and the second substrate, a plurality of spacers are provided as support members between these substrates. In this FED, when an image is displayed, an anode voltage is applied to the phosphor layer, and an electron beam emitted from the electron-emitting device is accelerated by the anode voltage to collide with the phosphor layer. Flash and display image.
[0005]
In such an FED, the size of the electron-emitting device is on the order of micrometers, and the distance between the first substrate and the second substrate can be set on the order of millimeters. Therefore, it is possible to achieve higher resolution, lighter weight, and thinner image display device as compared with a cathode ray tube (CRT) that is used as a display of a current television or computer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the image display device as described above, in order to obtain practical display characteristics, it is necessary to use a phosphor similar to a normal cathode ray tube and set the anode voltage to several kV or more, preferably 10 kV or more. . However, the gap between the first substrate and the second substrate cannot be so large from the viewpoint of resolution, support member characteristics, manufacturability, and the like, and needs to be set to about 1 to 2 mm. Therefore, it is inevitable that a strong electric field is formed between the first substrate and the second substrate, and a discharge occurs between the two substrates.
[0007]
When discharge occurs, the electron-emitting device and the phosphor layer provided on the substrate may be damaged or deteriorated, and the display quality may be deteriorated. Such discharge leading to the occurrence of defects is not desirable as a product. Therefore, it is necessary to provide the first substrate or the second substrate with a withstand voltage structure for preventing discharge or a discharge current reducing structure with a high impedance in the discharge path. There has been a problem that performance degradation and increase in manufacturing cost are inevitable.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an image display device that has excellent voltage resistance against discharge and improved image quality.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image display device according to an aspect of the present invention is disposed opposite to a first substrate having an image display surface with a gap between the first substrate and emits electrons. The second substrate provided with a plurality of electron sources for exciting the image display surface and the first substrate and the second substrate are disposed, and electrons emitted from the electron source pass therethrough. A plate-like grid having a plurality of openings, and a plurality of spacers disposed between the first substrate and the second substrate and supporting an atmospheric pressure load acting on the first and second substrates, The grid has a first surface facing the first substrate and a second surface facing the second substrate, and a high-resistance film is formed on the first surface and the wall surface of the opening, and the opening is opened. The film thickness of the high resistance film formed on the peripheral edge of the hole is the above-mentioned grid. The formed thinner than the film thickness of the high-resistance film formed on the other regions, the high resistance film has a rounded at the periphery of the aperture.
[0011]
According to the image display device configured as described above, by providing a high-resistance coating on the first surface of the grid and the wall surface of each aperture, the discharge current that is generated even if discharge occurs can be significantly reduced. Can do. Thereby, the discharge breakdown of the electron source due to the discharge from the first substrate is reduced, and an image display device with improved withstand voltage against discharge and image quality can be obtained.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a surface conduction electron-emitting device (hereinafter referred to as SED) which is a kind of FED as a flat-type image display device will be described in detail below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, this SED includes a first substrate 10 and a second substrate 12 each made of rectangular glass as transparent insulating substrates, each of which is about 1.0 to 2.0 mm. Are placed opposite each other with a gap. The second substrate 12 is formed to have a slightly larger size than the first substrate 10. The first substrate 10 and the second substrate 12 are joined to each other at peripheral edges via a rectangular frame-shaped side wall 14 made of glass to constitute a flat rectangular vacuum envelope 15.
[0013]
A phosphor screen 16 is formed on the inner surface of the first substrate 10 as an image display surface. The phosphor screen 16 is configured by arranging phosphor layers R, G, B, and a black colored layer 11 that emit red, blue, and green light upon collision of electrons. These phosphor layers R, G, and B are formed in stripes or dots. A metal back 17 made of aluminum or the like is formed on the phosphor screen 16. A transparent conductive film or a color filter film made of, for example, ITO may be provided between the first substrate 10 and the phosphor screen.
[0014]
On the inner surface of the second substrate 12, a number of surface conduction electron-emitting devices 18 that emit electron beams are provided as electron sources that excite the phosphor layer of the phosphor screen 16. These electron-emitting devices 18 are arranged in a plurality of columns and a plurality of rows corresponding to each pixel. Each electron-emitting device 18 includes an electron emitting portion (not shown) and a pair of device electrodes for applying a voltage to the electron emitting portion. In addition, a large number of wirings 21 for supplying a potential to the electron-emitting device 18 are provided in a matrix on the inner surface of the second substrate 12, and end portions thereof are drawn out of the vacuum envelope 15.
[0015]
The side wall 14 functioning as a bonding member is sealed to the peripheral edge portion of the first substrate 10 and the peripheral edge portion of the second substrate 12 by, for example, a sealing material 20 such as low melting point glass or low melting point metal, and the first substrate and The second substrate is joined.
[0016]
As shown in FIGS. 2 and 3, the SED includes a spacer assembly 22 disposed between the first substrate 10 and the second substrate 12. In the present embodiment, the spacer assembly 22 includes a plate-like grid 24 and a plurality of columnar spacers that stand integrally on both sides of the grid.
[0017]
More specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the grid 24 has a first surface 24 a facing the inner surface of the first substrate 10 and a second surface 24 b facing the inner surface of the second substrate 12. It is arranged in parallel with the substrate. A large number of electron beam passage holes 26 are formed in the grid 24 by etching or the like. The electron beam passage holes 26 functioning as apertures in the present invention are arranged to face the electron emitting elements 18 and transmit the electron beams emitted from the electron emitting elements. The electron beam passage hole 26 is formed in a rectangular shape of, for example, 0.15 to 0.25 mm × 0.15 to 0.25 mm.
[0018]
The grid 24 is formed with a thickness of 0.1 to 0.25 mm using, for example, an iron-nickel metal plate. The first and

second surfaces

24a and 24b of the grid 24 and the wall surfaces of the electron beam passage holes 26 are covered with a high resistance film 40 having a discharge current limiting effect. The high resistance film 40 is laminated on the first and

second surfaces

24a and 24b of the grid 24, the first high resistance film 42 formed on the wall surface of each electron beam passage hole 26, and the first high resistance film. And the formed second high resistance film 44.
[0019]
The first high-resistance film 42 is formed of a high-resistance material such as low-melting glass or ceramic, and has a resistance value of 1 × 10 ¹² to 1 × 10 ¹⁵ Ω / □. The second high-resistance film 44 is formed of a metal oxide such as tin oxide or antimony oxide, and has a resistance value of 1 × 10 ⁷ to 1 × 10 ¹¹ Ω / □.
[0020]
Further, the high resistance film 40 is formed such that the film thickness at the peripheral edge 27 of each electron beam passage hole 26 is thinner than the film thickness in other regions by adjusting the formation conditions. Or it is 20 micrometers. Here, the peripheral edge portion of the electron beam passage hole 26 indicates the opening peripheral edge portion 27 on the first surface 24a side and the open peripheral edge portion 27 on the second surface 24b side of the grid 24 among the electron beam passage holes. Yes. And by making the high resistance film 40 have the above thickness distribution, the high resistance film can be rounded at each peripheral edge portion 27 of each electron beam passage hole 26, and corner portions where charging is likely to occur are eliminated. be able to.
[0021]
A plurality of first spacers 30a are integrally provided on the first surface 24a of the grid 24, and the extended ends of the first substrate 30 are interposed between the metal back 17 and the black colored layer 11 of the phosphor screen 16. 10 abuts. In the present embodiment, the extending end of each first spacer 30 a is in contact with the metal back 17 through an indium layer functioning as the height relaxing layer 31. The height relaxing layer 31 does not affect the trajectory of the electron beam, and is not limited to a metal as long as it has an appropriate hardness capable of relaxing the spacer height variation.
[0022]
In addition, a plurality of second spacers 30 b are integrally provided on the second surface 24 b of the grid 24, and the extended ends thereof are in contact with the wiring 21 provided on the inner surface of the second substrate 12. Yes.
[0023]
Each of the first and

second spacers

30a and 30b is formed in a tapered shape with a diameter decreasing from the grid 24 side toward the extending end. For example, each first spacer 30a is formed so that the diameter of the base end located on the grid 24 side is about 0.4 mm, the diameter of the extended end is about 0.3 mm, and the height is about 0.6 mm. Each of the second spacers 30b is formed such that the diameter of the base end located on the grid 24 side is about 0.4 mm, the diameter of the extended end is about 0.25 mm, and the height is about 0.8 mm. As described above, the height of the first spacer 30a is formed to be lower than the height of the second spacer 30b, and the height of the second spacer is set to about 4/3 times the height of the first spacer. ing.
[0024]
The surface resistance of the first spacer 30a and the second spacer 30b is 5 × 10 ¹³ Ω or more. The first and

second spacers

30a and 30b are provided between two adjacent electron beam passage holes 26 and extend in alignment with each other. Accordingly, the first and

second spacers

30a and 30b are formed integrally with the grid 24 in a state where the grid 24 is sandwiched from both sides.
[0025]
The spacer assembly 22 configured as described above is disposed between the first substrate 10 and the second substrate 12. The first and

second spacers

30a and 30b are in contact with the inner surfaces of the first substrate 10 and the second substrate 12, thereby supporting the atmospheric pressure load acting on these substrates, and the interval between the substrates being a predetermined value. To maintain.
[0026]
As shown in FIG. 2, the SED includes a voltage supply unit 50 that applies a voltage to the grid 24 and the metal back 17 of the first substrate 10. The voltage supply unit 50 is connected to the grid 24 and the metal back 17, and applies a voltage of 12 kV to the

grid

24 and 10 kV to the metal back 17, for example. That is, the voltage applied to the grid 24 is set higher than the voltage applied to the first substrate 10, and is set within, for example, 1.25.
[0027]
In this SED, when an image is displayed, an anode voltage is applied to the phosphor screen 16 and the metal back 17, and the electron beam emitted from the electron-emitting device 18 is accelerated by the anode voltage to collide with the phosphor screen 16. Let As a result, the phosphor layer of the phosphor screen 16 is excited to emit light and display an image.
[0028]
Next, the manufacturing method of SED comprised as mentioned above is demonstrated. When manufacturing the spacer assembly 22, first, a grid 24 having a predetermined size is prepared. In this case, a thin plate made of Fe-50% Ni having a thickness of 0.12 mm is degreased, washed and dried, and then a large number of electron beam passage holes 26 are formed by etching to form a grid 24.
[0029]
Thereafter, in a state where the first surface 24a of the grid 24 is set upward, a coating liquid mainly composed of low-melting glass is applied to the first surface from above using a two-fluid nozzle and dried. Similarly, on the second surface 24b side, a coating liquid mainly composed of low-melting glass is applied using a two-fluid nozzle and dried. At this time, the coating conditions are adjusted, and the coating liquid is applied so that the film thickness of the peripheral edge 27 of the electron beam passage hole 26 is thinner than the film thickness of other regions. Then, after the coating liquid is dried, the first high resistance film 42 is formed on the first and

second surfaces

24 a and 24 b of the grid 24 and the wall surfaces of the electron beam passage holes 26 by baking.
[0030]
Subsequently, a coating liquid containing a metal oxide such as tin oxide or antimony oxide is applied onto the first high resistance film 42, dried, and then fired. Thus, the second high resistance film 44 is formed so as to overlap the first high resistance film 42, and the high resistance film 40 having a surface resistance value of 1 × 10 ⁷ to 1 × 10 ¹¹ Ω / □ is obtained. The first high resistance film 42 may be an insulating film made of an oxide film obtained by oxidizing the grid 24.
[0031]
Next, a rectangular plate-shaped first and second mold (not shown) having substantially the same dimensions as the grid 24 are prepared. Each of these first and second molds has a large number of through holes for forming a spacer. A resin that is thermally decomposed by heat treatment is applied to the surfaces of at least a large number of through holes for forming the spacer of the first mold and the second mold. The first mold is brought into close contact with the first surface 24a of the grid in a state where each through hole is positioned so as to face a predetermined position of the grid 24. Similarly, the second mold is brought into close contact with the second surface 24b of the grid in a state where each through hole is positioned so as to face a predetermined position of the grid 24. And these 1st metal mold | die, the grid 24, and a 2nd metal mold | die are mutually fixed using the clamper etc. which are not shown in figure.
[0032]
Thereafter, for example, a paste-like spacer forming material is supplied from the outer surface side of the first mold, and the spacer forming material is inserted into the through holes of the first mold, the spacer openings 28 of the grid 24, and the through holes of the second mold. Fill. As the spacer forming material, a glass paste containing at least an ultraviolet curable binder (organic component) and a glass filler is used.
[0033]
Subsequently, the filled spacer forming material is irradiated with ultraviolet rays (UV) as radiation from the outer surface sides of the first and second molds, and the spacer forming material is UV cured. Thereafter, thermosetting may be performed as necessary. Next, the resin applied to the through holes of the first and second molds by heat treatment is pyrolyzed to create a gap between the spacer forming material and the mold, and the first and second molds are removed from the grid 24. Peel off.
[0034]
Subsequently, the grid 24 filled with the spacer forming material is heat-treated in a heating furnace, the binder is blown from the spacer forming material, and then the spacer forming material is subjected to main baking at about 500 to 550 ° C. for 30 minutes to 1 hour. . Thereby, the spacer assembly 22 in which the first and

second spacers

30a and 30b are formed on the grid 24 is completed. At this time, the first and

second spacers

30a and 30b are fused with the high resistance film 40 on the surface of the grid 24 and are joined to the grid 24 integrally with the high resistance film.
[0035]
On the other hand, the first substrate 10 on which the phosphor screen 16 and the metal back 17 are formed in advance, and the second substrate 12 on which the electron-emitting devices 18 and the wirings 21 are provided and the side walls 14 are joined are prepared. Keep it.
[0036]
Next, the spacer assembly 22 configured as described above is positioned on the second substrate 12. At this time, the spacer assembly 22 is positioned so that the extended ends of the second spacers 30b are positioned on the wirings 21, respectively. In this state, the first substrate 10, the second substrate 12, and the spacer assembly 22 are arranged in a vacuum chamber, the inside of the vacuum chamber is evacuated, and then the first substrate is bonded to the second substrate via the side wall 14. . At the same time, the indium powder disposed at the extending end of the first spacer 30 a is melted and the crushing height is corrected by the first substrate 10. Thereby, SED provided with the spacer assembly 22 is manufactured.
[0037]
According to the SED configured as described above, the grid 24 is provided between the first and

second substrates

10 and 12, and the voltage applied to the grid is made higher than the voltage applied to the first substrate. Even if this occurs, this discharge is generated between the grid 24 and the second substrate 12 and is not directly discharged between the first substrate 10 and the second substrate 12. In addition, since the surface of the grid 24 is covered with the high-resistance coating 40, the generated discharge current can be greatly reduced even if a discharge occurs. Therefore, the discharge breakdown of the electron-emitting device 18 due to the discharge from the first substrate 10 is reduced, and an SED with improved withstand voltage against discharge and image quality can be obtained. At the same time, the withstand voltage structure or the discharge current reduction structure for the electron source can be omitted or simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0038]
The present inventors changed the resistance value of the high-resistance coating 40 in various ways, and measured the occurrence rate of discharge breakdown of the electron-emitting device. The results are shown in Table 1 below. As can be seen from this table, when the resistance value of the high resistance film 40 is 1 × 10 ⁷ to 1 × 10 ¹¹ Ω / □, the occurrence rate of discharge breakdown is 50% compared to the case where no high resistance film is provided. Reduced. Further, when the resistance value of the high resistance film 40 was lower than 1 × 10 ⁷ Ω / □, the occurrence rate of discharge breakdown was improved only by 30%.
[0039]
[Table 1]

[0040]
On the other hand, when the resistance value of the high-resistance coating 40 is higher than 1 × 10 ¹¹ Ω / □, the grid 24 is repeatedly charged and discharged, and the display brightness is not stable. This is because the formation of the high-resistance coating 40 on the grid 24 provides the effect of suppressing discharge, but if the resistance value is too high, the grid is charged, and as a result, the electron beam is attracted to the grid and passes through the electron beam. This is probably because the case where the hole 26 is not passed occurs.
[0041]
Therefore, by controlling the resistance value of the high resistance film 40 in the range of 1 × 10 ⁷ to 1 × 10 ¹¹ Ω / □ as described above, it is possible to suppress discharge breakdown and prevent luminance deterioration. When a high resistance film is formed on the surface of the grid 24, the resistance value of the high resistance film is affected by the resistance value of the metal constituting the grid, and it is difficult to obtain a desired resistance value. However, according to the present embodiment, the first high resistance film 42 having a high resistance value is formed on the surface of the grid 24, and the second high resistance film 44 having a desired resistance value is laminated on the first high resistance film 42. Thereby, the resistance value of the high resistance film 40 can be reliably set in the above-described range.
[0042]
Further, according to the SED according to the present embodiment, the film thickness of the high resistance film 40 at the peripheral edge portion 27 of the electron beam passage hole 26 is made thinner than the film thickness of the high resistance film in other regions of the grid 24. Thereby, it can be set as the structure where the hole peripheral part 27 cannot be charged easily. When the aperture periphery of the electron beam passage hole is charged, the trajectory of the electron beam fluctuates due to the lens effect. However, according to the SED, charging of the aperture periphery can be prevented to further improve the luminance. It becomes possible. When compared with an SED in which the film thickness of the high-resistance coating 40 is made uniform over the entire surface of the grid 24, the luminance of the SED according to the present embodiment is improved by 5%.
[0043]
Further, according to the present embodiment, the first and

second spacers

30a and 30b are fused with the high resistance film 40 on the surface of the grid 24 and are joined to the grid 24 integrally with the high resistance film. Therefore, the horizontal and vertical strengths of the first and second spacers increase, and as a result, the pressurizing strength of the entire vacuum envelope 15 can be improved. When compared with an SED in which the high-resistance film of the grid and the spacer are not integrated, the SED according to the present embodiment has an improved pressing strength of 80%.
[0044]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, as shown in FIG. 5, a plurality of spacer openings 28 may be provided in the grid 24, and the first and

second spacers

30a and 30b may be provided so as to overlap the spacer openings. More specifically, the spacer openings 28 are located between the electron beam passage holes 26 and arranged at a predetermined pitch. The high resistance film 40 is formed on the first and

second surfaces

24 a and 24 b of the grid 24, the wall surface of the electron beam passage hole 26, and the wall surface of the spacer opening 28.
[0045]
The first spacer 30 a is integrally provided on the first surface 24 a of the grid 24 so as to overlap the spacer aperture 28, and the second spacer 30 b is superimposed on the spacer aperture 28 so as to overlap the second surface of the grid 24. 24b is integrally provided on 24b. As a result, the spacer openings 28 and the first and

second spacers

30 a and 30 b are aligned with each other, and the first and second spacers are connected to each other through the spacer openings 28. Accordingly, the first and

second spacers

30a and 30b are formed integrally with the grid 24 with the grid 24 sandwiched from both sides.
[0046]
Other configurations are the same as those of the above-described embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. And according to embodiment shown in FIG. 6, while being able to obtain the effect similar to embodiment mentioned above, it becomes possible to further improve the pressurization intensity | strength of a spacer and the whole vacuum envelope. .
[0047]
In addition, in the present invention, the diameter and height of the spacer, the dimensions and materials of the other components can be appropriately selected as necessary. In addition, the electron source is not limited to the surface-conduction electron-emitting device, and various types such as a field emission type and a carbon nanotube can be selected. The present invention is not limited to the SED, and can be applied to other FEDs. Is possible.
[0048]
In the above-described embodiment, the high resistance film is formed on the first surface of the grid, the second surface, and the wall surface of each electron beam passage hole, but at least the first surface of the grid and each electron beam passage hole. If it is formed on the wall surface, it is possible to obtain the same effect as the above-described embodiment.
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide an image display device that has excellent voltage resistance against discharge and improved image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an SED according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of the SED broken along the line AA in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the SED.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a grid and a spacer portion in the SED.
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a main part of an SED according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st board | substrate 12 ... 2nd board | substrate 14 ... Side wall 15 ... Vacuum envelope 16 ... Phosphor screen 18 ... Electron emission element 22 ... Spacer assembly 24 ... Grid 26 ... Electron beam passage hole 30a ... 1st spacer 30b ... 1st 2 spacer 40 ... high resistance film 42 ... first high resistance film 44 ... second high resistance film 50 ... voltage supply section

Claims

A first substrate having an image display surface;
A second substrate provided opposite to the first substrate with a gap and provided with a plurality of electron sources for emitting electrons to excite the image display surface;
A plate-like grid disposed between the first substrate and the second substrate and having a plurality of apertures through which electrons emitted from the electron source pass;
A plurality of spacers disposed between the first substrate and the second substrate and supporting an atmospheric pressure load acting on the first and second substrates,
The grid has a first surface facing the first substrate and a second surface facing the second substrate, and a high-resistance film is formed on the first surface and the wall surface of the opening, and the opening is opened. The film thickness of the high resistance film formed on the peripheral edge of the hole is thinner than the film thickness of the high resistance film formed on the other area of the grid , and the high resistance film is rounded at the peripheral edge of the hole. an image display device, characterized in that a.

The image display device according to claim 1, wherein a high-resistance film is formed on the second surface of the grid.

3. The image display device according to claim 1, wherein the high-resistance film of the grid has a resistance value of 1 × 10 ^{7 to} 1 × 10 ¹¹ Ω / □.

The high-resistance film of the grid is formed on the grid and has a resistance value of 1 × 10 ^{12 to} 1 × 10 ¹⁵ Ω / □, and is laminated on the first high-resistance film and has a resistance value. the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains a 1 × 10 ⁷ to 1 × 10 ¹¹ second high resistance coating.

The spacer is a plurality of columnar first spacers that are erected on the first surface of the grid and are in contact with the first substrate; and a spacer that is erected on the second surface of the grid and is in contact with the second substrate. A plurality of columnar second spacers,
It said at least one of the first and second spacers, the image display apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that integrally joined to the high-resistance film layer of the grid surface.

Each first spacer is erected on the first surface of the grid between the apertures, and each second spacer is erected on the second surface of the grid between the apertures, The image display device according to claim 5 , wherein the image display device is aligned with the first spacer.