JP4132502B2 - 平面ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電界放出型電子源から放出された電子を蛍光体に衝突させて発光させる平面ディスプレイに関し、特に厚みが薄く表示面積を広くした平面ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＥＤ（Field Emission Display）は、２次元マトリクス状に配置した電子源から放出された電子を、対向電極に形成された蛍光体からなる発光部に衝突させて発光させるフラットパネル（平面）ディスプレイである。このＦＥＤは、サブミクロン〜ミクロンサイズの微小真空管，すなわち，電界放出型冷陰極電子源を用いた真空マイクロデバイスの一種である。基本構成は、従来の真空管と同じ３極管であるが、熱陰極を用いず、先鋭な陰極（エミッタ）に高電界を集中して量子力学的なトンネル効果により電子を引き出すようにしている。この引き出した電子を、陽極／陰極間の電圧で加速し、陽極に形成した蛍光体膜に衝突・励起させて発光させる。陰極線による蛍光体の励起発光という点では、ブラウン管と同じ原理である。
【０００３】
一般的なＦＥＤの構成は、真空排気された前面ガラス基板と基板との間に、電子放出部と発光部とが形成されている。この場合、前面ガラス基板の内部表面には、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる陽極が形成され、その上に蛍光体からなる発光部が形成されている。また、これと対向配置する基板上には陰極が形成され、この上に先端が尖った形状（スピント型）のミクロンサイズ（１〜２μｍ）のエミッタが絶縁層に区画されて形成されている。そして、絶縁層上には、エミッタから電子を引き出すためのゲート電極が形成され、これらで微小な電子放出部を構成している。この電子放出部は、例えば、赤・青・緑で構成する１つの画素に対して、２００個程度集積するようにしている。
【０００４】
しかしながら、従来のＦＥＤでは、表示領域全域にわたって、多数の微細なエミッタを均一に形成しなくてはならないため、非常に作製し難いという問題があった。
例えば、対角長が１０インチ程度のディスプレイの場合、その画素数は８００×６００程度になる。したがって、従来のＦＥＤでは、その表示領域全域にわたって、２００×８００×６００＝９６００００００個もの微細なエミッタを均一に形成しなくてはならない。そして、ディスプレイが大きくなればなるほど、この数を増やさなくてはならず、従来のスピント型のエミッタを用いたＦＥＤは、大画面化が困難であるという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するため、スピント型電子源に代わる電界放出型電子源としてカーボンナノチューブを用いたＦＥＤが提案されている（特開平１１−１６２３８３）。このカーボンナノチューブを用いたＦＥＤは、図４に示すように、基板２０１上に、電極配線層２０２が形成され、この電極配線層２０２上に絶縁膜２０３が形成されている。この絶縁膜２０３上には、基板側支持リブ２０４が所定間隔で配置されている。そして、基板側支持リブ２０４で挟まれた絶縁膜２０３上に、所定の間隔を開けて電子放出部２０５が形成されている。この電子放出部２０５は、絶縁膜２０３に形成されたスルーホールを介して電極配線層２０２のいずれかの配線に接続している。また、図４（ａ）に示すように、基板側支持リブ２０４上には、電子引き出し電極２０６が形成されている。
【０００６】
また、透明な前面ガラス基板２０７が基板２０１に対向配置しており、この前面ガラス基板２０７と基板２０１とは、基板側支持リブ２０４とこの基板側支持リブ２０４に直交して並べられている前面支持リブ２０８により、所定の距離離れて配置されている。この前面ガラス基板２０７と基板２０１との間は、真空排気されている。そして、前面ガラス基板２０７の内側表面の前面支持リブ２０８に挟まれた領域に、蛍光体からなる発光部２１０がストライプ形状に形成され、その表面にはアルミニウム膜を蒸着することで形成されたメタルバック膜２１１が形成されている。この発光部２１０を構成する蛍光体には、ＣＲＴなどに用いられる、４〜１０ＫｅＶと高いエネルギーで加速した電子を衝突させることで発光する蛍光体が用いられている。
【０００７】
以上に説明した構成において、メタルバック膜２１１に正の電位が印加され、また、電子引き出し電極２０６に正の電位が印加された状態で、電極配線層２０２の所定の配線に負の電位を印加することで、その配線に接続している電子放出部２０５から電子が放出される。そして、その放出された電子が、その電子放出部２０５に対向する位置の発光部２１０部分に到達することにより、発光部２１０のその部分が発光することになる。そして、ストライプ状に複数配列された発光部２１０に対向し、図４（ｃ）に示すように、複数の電子放出部２０５がマトリクス状に配列されて、平面ディスプレイを構成するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した平面ディスプレイでは、輝度を上げるために蛍光面の加速電圧を高くする場合、絶縁破壊による放電を防ぐために電子放出部と発光部間の距離を大きくする必要があり、厚膜印刷による前面支持リブの形成が困難となっていた。例えば、加速電圧を６ＫＶとする場合、前面支持リブの高さとして３ｍｍ程度が必要となる。これを厚膜印刷で行うと、１回の印刷でできる厚さは２０μｍ程度のため１５０回の印刷が必要となり、実用的でなかった。
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、生産が容易で表示面積の広い薄型平面ディスプレイを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、この発明の平面ディスプレイは、少なくとも一部が透光性を有する表示面及びこの表示面に対向配置された基板を含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器内に設けられた選択的に発光表示される蛍光体膜と、外囲器内に表示面と基板とを所定の間隔に離間するための支持構造体とを備えており、この支持構造体は複数の基板側支持リブと少なくとも１つの中間支持基板と複数の前面支持リブとから構成され、基板側支持リブは基板面から表示面側に垂設され、前面支持リブは表示面から基板側に垂設され、中間支持基板は複数のスリットが設けられて基板側支持リブと前面支持リブとの間に配置され、大気圧によりこれらのリブに挟まれて固定されていることによって特徴づけられる。
【００１０】
この場合、支持構造体の一構成例は、基板側支持リブが所定の間隔で平行して配置され、前面支持リブが基板側支持リブと直交するように所定の間隔で平行して配置されている。
また、前述した平面ディスプレイの一構成例は、基板面の基板側支持リブに挟まれた領域ごとに形成された複数の電子放出部と、表示面の前面支持リブに挟まれた領域ごとに形成された蛍光体膜とこの蛍光体膜上に配置される金属膜とからなる複数の発光部と、発光部と電子放出部との間に蛍光体膜と対向して所定の間隔で配置された電子放出部から電子を引き出すための複数の電子引き出し電極とを備えている。
【００１１】
この場合、中間支持基板の一構成例は、絶縁基板で構成されている。
電子引き出し電極の一構成例は、メッシュ構造を有し、基板側支持リブと中間支持基板とに挟まれて固定されている。
電子引き出し電極の別の構成例は、メッシュ構造を有し、重ねられた中間支持基板の間に挟まれて固定されている。
基板側支持リブと電子引き出し電極との間に配置された中間支持基板は、スリットが電子放出部に対応して設けられ、電子引き出し電極と前面支持リブの間に配置された中間支持基板は、スリットが発光部に対応して設けられている。
【００１２】
基板側支持リブと電子引き出し電極との間に配置された中間支持基板の一構成例はスリット幅が基板側支持リブの間隔より狭く構成され、電子引き出し電極と前面支持リブの間に配置された中間支持基板の一構成例はスリット幅が前面支持リブの間隔より狭く構成されている。
前述した平面ディスプレイの別の構成例は、電子引き出し電極と発光部との間に電子の動きを制御するための制御電極が配置されている。
この場合、制御電極の一構成例は、メッシュ構造を有し、中間支持基板間に挟まれて固定されている。
また、電子放出部の一構成例は、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブから構成されている。
【００１３】
また、この発明の平面ディスプレイの一構成例は、基板上に支持構造体の一部を構成する複数の基板側支持リブと蛍光体膜を選択的に発光表示させる電子放出部とを厚膜印刷で形成し、透明基板上に支持構造体の一部を構成する複数の前面支持リブと蛍光体膜とを厚膜印刷で形成し、支持構造体の一部を構成する少なくとも１つの絶縁基板に複数のスリットをレーザ光で形成した後、絶縁基板及び電子放出部から電子を引き出すための複数の電子引き出し電極を複数の基板側支持リブと複数の前面支持リブで挟むとともに、排気口を有するスペーサガラスを基板と透明基板の間に配置しフリットガラスで固着して外囲器を形成し、排気口を介して外囲器を真空排気して大気圧で絶縁基板を基板側支持リブと前面支持リブとで押しつけて固定した後、排気口を封着することによって製造される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いてこの発明の実施の形態を説明する。
はじめに、この発明の平面ディスプレイにおける第１の実施の形態について説明する。図１は、この発明の平面ディスプレイにおける第１の実施の形態を示し、同図において（ｂ）は断面図（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す。この平面ディスプレイの構成について説明すると、ガラス基板１０１上に基板側支持リブ１０４が所定間隔で垂設されており、基板側支持リブ１０４に挟まれたガラス基板１０１上に基板電極１２１が形成され、この基板電極１２１上に電子放出部１２０が形成されている。
【００１５】
また、ガラス基板１０１に対向して透明なフロントガラス１０９が配置されており、このガラス基板１０１とフロントガラス１０９は、端部に配置された枠状のスペーサガラス１０８により所定の間隔で離間されている。ガラス基板１０１とスペーサガラス１０８、及びスペーサガラス１０８とフロントガラス１０９は、それぞれ低融点のフリットガラス１１０により接着固定されて外囲器を構成しており、外囲器内が１０-3〜１０-5Ｐａの真空度に保たれている。
【００１６】
この外囲器内において、フロントガラス１０９の内面には基板側支持リブ１０４と直交するように所定間隔で前面支持リブ１０５が垂下されており、フロントガラス１０９内面の前面支持リブ１０５に挟まれた領域に表示画素を構成する発光部が形成されている。この発光部は、フロントガラス１０９内面に形成された蛍光体膜と、この蛍光体膜の表面に形成されたメタルバック膜１４１とから構成されており、蛍光体に赤色発光蛍光体１４２Ｒを用いた赤色発光部、緑色発光蛍光体１４２Ｇを用いた緑色発光部及び青色発光蛍光体１４２Ｂを用いた青色発光部を備えている。フロントガラス１０９の内面は、前面支持リブ１０５、赤色発光部、前面支持リブ１０５、緑色発光部、前面支持リブ１０５、青色発光部の順番で所定回数分繰り返し配置され、最後の青色発光部の次に前面支持リブ１０５が配置された構成を有している。
【００１７】
また、基板側支持リブ１０４上には、各発光部と１対１に対応した帯状の電子引き出し電極１２５が電子放出部１２０と直交するように所定間隔で配置されている。そして、基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５と中間支持基板となる絶縁基板１１４とにより大気圧によるフロントガラス１０９とガラス基板１０１のたわみを所定値内にするための支持構造体が形成されている。この場合、前面支持リブ１０５と電子引き出し電極１２５の間に所定枚数の絶縁基板１１４が配置されており、この絶縁基板１１４は前面支持リブ１０５と電子引き出し電極１２５を介して基板側支持リブ１０４とによって挟まれ、大気圧により押しつけられて固定されている。この絶縁基板１１４には電子を通過させるためのスリット１１４ａが各発光部に対応して電子放出部１２０と直交するように所定数設けられている。
【００１８】
ここで、外囲器を構成するガラス基板１０１、フロントガラス１０９及びスペーサガラス１０８は、低アルカリソーダガラスを用いており、ガラス基板１０１とフロントガラス１０９は厚さ１〜２ｍｍの板ガラスを使用する。基板電極１２１は、１０μｍ程度の厚さとなるように銀あるいはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストを所定のパターンでガラス基板１０１にスクリーン印刷した後、焼成して形成している。この場合、基板電極１２１は、前述した印刷で形成するものに限られるものではなく、例えば、周知のスパッタリング法とエッチング法を用いて形成された厚さ１μｍ程度のアルミニウム薄膜で構成してもよい。
【００１９】
電子放出部１２０は、導電性を有する粘性溶液に複数のカーボンナノチューブが集合して構成されたバンドルを分散させたバンドルペーストを所定のパターンで基板電極１２１上にスクリーン印刷した後、焼成し、その後に表面をレーザ照射して表面の導電性粒子、バインダー及びバンドル中の炭素の多面体粒子を蒸発させて除去し、形成している。この電子放出部１２０は厚さ２０〜１００μｍで、図２（ａ）に示すように、導電膜１２２から露出したバンドル１２３表面に多数のカーボンナノチューブが均一に分布しており、それぞれのカーボンナノチューブが電子放出源として動作する。
【００２０】
カーボンナノチューブは、図２（ｂ）で模式的に示すように、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が形成された構造をしており、その直径は４〜５０ｎｍと微小のため、１００Ｖ程度の電界を印加することにより電子を電界放出させることができる。なお、カーボンナノチューブには、図２（ｂ）に示した単層のものと、複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものとがあるが、どちらを用いてもよい。また、カーボンナノチューブを露出させる方法は、レーザ照射に限られるものではなく、例えばプラズマを用いた選択的なドライエッチングを用いてもよい。
【００２１】
基板側支持リブ１０４は、電子放出部１２０を挟むように低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでガラス基板１０１上に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成して形成した絶縁体で構成されている。この場合、基板側支持リブ１０４は、幅５０μｍで高さ２００μｍ、リブの間隔を２．５４ｍｍとしたが、これに限られるものではなく、幅は隣接する電子放出部１２０間で絶縁破壊が起こらず、かつ大気圧を支えられる程度であればよく、高さは電子放出部１２０と電子引き出し電極１２５の間で放電が発生しない範囲で低くすることが望ましい。
【００２２】
電子引き出し電極１２５は、厚さ５０μｍのステンレス板で構成されており、エッチングにより口径２０〜１００μｍの多数の開口部１２５ａが形成されている。蛍光体膜は、所定の発光色を有する蛍光体で構成されており、フロントガラス１０９の内面に蛍光体ペーストをストライプ状にスクリーン印刷した後、焼成して厚さ１０〜１００μｍに形成したものである。この場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に用いる各蛍光体１４２Ｒ，１４２Ｇ，１４２Ｂにはブラウン管等で一般的に使用されている、４〜１０ＫｅＶと高いエネルギーで加速した電子を衝突させることで発光する周知の酸化物蛍光体や硫化物蛍光体を用いている。メタルバック膜１４１は、厚さ０．１μｍ程度のアルミニウム薄膜から構成されており、周知の蒸着法を用いて蛍光体膜の表面に形成されている。
【００２３】
前面支持リブ１０５は、低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでフロントガラス１０９内面の所定位置に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成して形成した絶縁体で構成されている。この場合、前面支持リブ１０５の幅を１００〜１５０μｍ、高さを５００μｍ、リブの間隔を１ｍｍとした。絶縁基板１１４は、長さが発光部と同じで幅が０．５ｍｍのスリット１１４ａを１ｍｍピッチで設けた厚さ０．３ｍｍのアルミナ基板を用いており、スリット１１４ａの開口はレーザ光を使用している。この場合、絶縁基板１１４を８枚積み重ねて２．４ｍｍの厚さとした。
【００２４】
ここでは、絶縁基板１１４のスリット１１４ａ幅を前面支持リブ１０５の間隔のおよそ１／２として発光部より狭くしたが、これは電子の通路を狭めることによりスリット１１４ａを出てから蛍光体に到達するまでに電子が拡散する範囲を狭めて蛍光体のにじみ発光を防止する効果を考慮したものであり、そのサイズは絶縁基板１１４と発光部との距離や積み重ねる絶縁基板１１４の厚さにより最適な値を選択してよい。なお、積み重ねる絶縁基板１１４のスリット１１４ａ幅をすべて同じ幅としたが、必ずしも同じである必要はなく、一部あるいは全部のスリット１１４ａ幅が異なっていてもよい。また、絶縁基板１１４はアルミナ基板に限られるものではなく、他のセラミック基板やガラス基板を用いてもよい。また、絶縁基板１１４の厚さやスリット１１４ａ幅、積み重ね枚数を必要に応じて変えてよいことは言うまでもない。
【００２５】
この実施の形態の平面ディスプレイは、このように構成したので、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１の間に、電子引き出し電極１２５側が正の電位となるように電位差を設けることにより、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１が交差した部分にある電子放出部１２０のカーボンナノチューブに電界が集中し、高電界となったカーボンナノチューブの先端から電子が放出される。このため、メタルバック膜１４１に正電圧（加速電圧）が印加されていると、電子放出部１２０から放出された電子がメタルバック膜１４１に向かって加速され、さらにメタルバック膜１４１を透過して蛍光体膜に衝突して蛍光体膜が発光させられる。
【００２６】
よって、例えば、電子引き出し電極１２５を行方向に所定数設け、基板電極１２１を列方向に所定数設けて、メタルバック膜１４１に正電圧（加速電圧）を印加した状態で、１行目の電子引き出し電極１２５に所定の正電圧を印加しておいて、基板電極１２１に１列目から所定列目まで発光させるアドレスで所定の負電圧が印加されるように順次走査し、これを１行目から所定行目の電子引き出し電極１２５まで行うことにより、ドットマトリクス表示することができる。この場合、電圧を印加しない基板電極１２１と電子引き出し電極１２５は０Ｖにしておくか、電子引き出し電極１２５に基板電極１２１に対して数Ｖ程度の負のバイアス電圧を印加して表示アドレス以外の電子放出部１２０より電子が放出されないようにしておく。
【００２７】
また、基板電極１２１に印加する電圧を０Ｖと正電圧とし、発光させる場合は０Ｖととし、発光させない場合は正電圧とするようにしてもよい。この場合、電子引き出し電極１２５は、アクティブな行を正電圧に保ち、他の行を０Ｖ又は数Ｖ程度の負のバイアス電圧を印加して、表示アドレス以外の電子放出部１２０より電子が放出されないようにしておく。この実施の形態では、メタルバック膜１４１に印加する電圧を６ＫＶ、電子引き出し電極１２５に印加する電圧を５００Ｖと０Ｖ、基板電極１２１に印加する電圧を５００Ｖと０Ｖとした。この場合、負電圧を用いないので負電圧電源が不要となり、コスト低減の効果が得られる。
【００２８】
次に、この実施の形態の平面ディスプレイの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１に基板電極１２１と電子放出部１２０と基板側支持リブ１０４とを前述した厚膜印刷の方法で形成する。次に、フロントガラス１０９に蛍光体膜とメタルバック膜１４１と前面支持リブ１０５とを前述した方法で形成する。また、絶縁基板１１４に前述した方法でスリット１１４ａを形成する。次に、基板側支持リブが形成された面を上にしてガラス基板１０１を組立台に載置した後、基板側支持リブ１０４上に電子引き出し電極１２５を電子放出部１２０と直交するように載置する。次に、電子引き出し電極１２５上に所定枚数の絶縁基板１１４をスリット１１４ａが電子放出部１２０と直交するように載置した後、ガラス基板１０１上の端部に枠状のスペーサガラス１０８を載置する。
【００２９】
次に、前面支持リブ１０５が絶縁基板１１４に接触し、かつ蛍光体膜が絶縁基板１１４のスリット１１４ａと対応するようにフロントガラス１０９をスペーサガラス１０８上に載置する。次に、フロントガラス１０９とスペーサガラス１０８とガラス基板１０１を低融点のフリットガラス１１０により接着固定する。次に、スペーサガラス１０８に設けられた排気口１１８を真空ポンプに接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口１１８を封着する。これにより、絶縁基板１１４が複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５に大気圧で押しつけられて固定され、支持構造体が形成される。
【００３０】
この実施の形態の平面ディスプレイによれば、支持構造体を複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５と電子通過用スリット１１４ａを有する所定枚数の絶縁基板１１４とで構成するようにしたので、繰り返し印刷して形成する前面支持リブ１０５の高さを低くしても、絶縁基板１１４を積み重ねて必要な絶縁距離を保つことができ、生産が容易になるという効果が得られる。また、大気圧による外囲器の変形が抑えられ、各電極間の距離が所定の値に保持されて発光むらが抑止できるという効果を有する。また、絶縁基板１１４を基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５で挟み、大気圧で押しつけて固定するようにしたので、フリットガラスで固着したときに問題であった、絶縁基板１１４とリブの材質の違いによる熱膨張の差を原因とするクラックが生じないという効果を有する。また、絶縁基板１１４の厚さとスリット１１４ａ幅を最適に選ぶことにより、電子放出部１２０から放出された電子の拡散を抑えることができるので、隣接する画素のにじみ発光が防止できるという効果を有する。
【００３１】
また、電子放出部１２０間に基板側支持リブ１０４を設けたので、隣接する電子放出部１２０間の漏れ電流を防ぐことができる。また、基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５を直交させ、かつ電子引き出し電極１２５を基板側支持リブ１０４と直交させて配置したので、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１の交差する部分の電子放出部１２０のみから電子が放出されるので、蛍光体膜や電子放出部１２０をマトリクス状に配置しなくともドットマトリクス表示が可能である。また、各発光部を前面支持リブ１０５で分離したので、隣接するＲ、Ｇ、Ｂ間のにじみ発光が防止できる。
【００３２】
また、電子放出部１２０を印刷法で形成したカーボンナノチューブを含む導電膜１２２で構成し、これを電界放出型冷陰極電子源として用いるようにしたので、構成要素の大部分が印刷技術により形成可能であるため、非常に安価に作製することが可能となる。また、電子放出部１２０は、カーボンナノチューブが多数配置された状態となっているので、単位面積当たりの電子放出源の数が非常に多くなり、より多くの電子を放出させることが可能となるので、高輝度を得ることができる。また、カーボンナノチューブは化学的に安定なので放出ガスによって表面が劣化することがなく、エミッションが低下する問題も生じない。
【００３３】
次に、この発明の平面ディスプレイにおける第２の実施の形態について説明する。図３は、この発明の平面ディスプレイにおける第２の実施の形態を示し、同図において（ｂ）は断面図（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示す。また、図１と同一符号は同一部分を示す。この平面ディスプレイが第１の実施の形態に示したものと異なる点は、電子引き出し電極１２５と基板側支持リブ１０４の間に第２の絶縁基板１１５を少なくとも１つ設けたことである。この場合、外囲器内に第２の絶縁基板１１５と電子引き出し電極１２５と絶縁基板１１４とがこの順で積み重ねられて配置され、大気圧により押しつけられた基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５とに挟まれて固定されている。
【００３４】
この実施の形態では、第２の絶縁基板１１５に電子放出部１２０に対応して電子引き出し電極１２５と直交するように電子を通過させるスリット１１５ａが設けられている。この第２の絶縁基板１１５には、長さが電子放出部１２０と同じで幅が１．２７ｍｍのスリット１１５ａを２．５４ｍｍピッチで設けた厚さ０．３ｍｍのアルミナ基板を用いており、スリット１１５ａの開口はレーザ光を使用している。この場合、第２の絶縁基板１１５を電子引き出し電極１２５と基板側支持リブ１０４の間に１枚配置した。
【００３５】
ここでは、第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａ幅を基板側支持リブ１０４の間隔のおよそ１／２と電子放出部１２０より狭くしたが、これは電子の通路を狭めることによりスリット１１５ａを出てから蛍光体に到達するまでに電子が拡散する範囲を狭めて、隣接する画素部分の蛍光体のにじみ発光を防止する効果を考慮したものであり、そのサイズは第２の絶縁基板１１５と発光部との距離や第２の絶縁基板１１５の厚さにより最適な値を選択してよい。なお、第２の絶縁基板１１５を複数積み重ねる場合、一部あるいは全部のスリット１１５ａ幅が異なっていてもよい。また、第２の絶縁基板１１５はアルミナ基板に限られるものではなく、他のセラミック基板やガラス基板を用いてもよい。また、第２の絶縁基板１１５の厚さやスリット１１５ａ幅、積み重ね枚数を必要に応じて変えてよいことは言うまでもない。
【００３６】
次に、この実施の形態の平面ディスプレイの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１に基板電極１２１と電子放出部１２０と基板側支持リブ１０４とを前述した厚膜印刷の方法で形成する。次に、フロントガラス１０９に蛍光体膜とメタルバック膜１４１と前面支持リブ１０５とを前述した方法で形成する。また、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５に前述した方法でスリット１１４ａ，１１５ａを形成する。次に、基板側支持リブが形成された面を上にしてガラス基板１０１を組立台に載置した後、基板側支持リブ１０４上に所定枚数の第２の絶縁基板１１５をスリット１１５ａが電子放出部１２０と対応するように載置する。
【００３７】
次に、第２の絶縁基板１１５上に電子引き出し電極１２５を載置した後、電子引き出し電極１２５上に所定枚数の絶縁基板１１４を載置する。この場合、電子引き出し電極１２５と絶縁基板１１４のスリット１１４ａが、第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａと直交するように配置する。次に、ガラス基板１０１上の端部に枠状のスペーサガラス１０８を載置した後、前面支持リブ１０５が絶縁基板１１４に接触し、かつ蛍光体膜が絶縁基板１１４のスリット１１４ａと対応するようにフロントガラス１０９をスペーサガラス１０８上に載置する。次に、フロントガラス１０９とスペーサガラス１０８とガラス基板１０１を低融点のフリットガラス１１０により接着固定する。
【００３８】
次に、スペーサガラス１０８に設けられた排気口１１８を真空ポンプに接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口１１８を封着する。これにより、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５が複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５に大気圧で押しつけられて固定され、支持構造体が形成される。また、同時に電子引き出し電極１２５も固定される。なお、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５の間に電子引き出し電極１２５を挟んで一体化させ、組立を簡素化するようにしてもよい。この場合、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５は、それぞれ所定の枚数で一体化するとよい。
【００３９】
この実施の形態では、絶縁基板１１４のスリット１１４ａと第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａが直交しているので、これらのスリット１１４ａ，１１５ａの交差部分に電子の通路が制限されて電子の拡散を画素範囲に収められるため、隣接する画素部分の蛍光体のにじみ発光をより有効に防止する効果が得られる。また、電子引き出し電極１２５を第２の絶縁基板１１５と絶縁基板１１４で挟んで一体基板にすることが可能になるので、組立が容易になる効果がある。
【００４０】
次に、この発明の平面ディスプレイにおける第３の実施の形態について説明する。図４は、この発明の平面ディスプレイにおける第３の実施の形態を示し、同図において（ｂ）は断面図（ａ）のＣ−Ｃ線断面を示す。また、図１及び図２と同一符号は同一部分を示す。この平面ディスプレイが第２の実施の形態に示したものと異なる点は、電子引き出し電極１２５とメタルバック膜１４１の間に各発光部に対応した制御電極１２６を設けたことである。この場合、制御電極１２６はメッシュ構造１２６ａを有し、その形状は発光部に対応した帯状であり、各発光部に対応した間隔で絶縁基板１１４に挟まれて配置されている。この制御電極１２６は、厚さ５０μｍのステンレス板で構成されており、エッチングによりメッシュ構造１２６ａが形成されている。
【００４１】
この実施の形態の平面ディスプレイは、このように構成したので、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１の間に、電子引き出し電極１２５側が正の電位となるように電位差を設けることにより、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１が交差した部分にある電子放出部１２０のカーボンナノチューブに電界が集中し、高電界となったカーボンナノチューブの先端から電子が放出される。放出された電子は、電子引き出し電極１２５より数１０Ｖ高い電圧が印加された制御電極１２６により運動方向が制御された後、メタルバック膜１４１に印加された正電圧（加速電圧）によって加速され、さらにメタルバック膜１４１を透過して蛍光体膜に衝突して蛍光体膜が発光させられる。この実施の形態では、制御電極１２６に印加する電圧を電子引き出し電極１２５に印加する電圧より６０Ｖ高い電圧に設定した。
【００４２】
次に、この実施の形態の平面ディスプレイの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１に基板電極１２１と電子放出部１２０と基板側支持リブ１０４とを前述した厚膜印刷の方法で形成する。次に、フロントガラス１０９に蛍光体膜とメタルバック膜１４１と前面支持リブ１０５とを前述した方法で形成する。また、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５に前述した方法でスリット１１４ａ，１１５ａを形成する。次に、基板側支持リブが形成された面を上にしてガラス基板１０１を組立台に載置した後、基板側支持リブ１０４上に所定枚数の第２の絶縁基板１１５をスリット１１５ａが電子放出部１２０と対応するように載置する。
【００４３】
次に、第２の絶縁基板１１５上に電子引き出し電極１２５を載置した後、電子引き出し電極１２５上に所定枚数の絶縁基板１１４を載置する。次に、絶縁基板１１４上に制御電極１２６を載置した後、さらに所定枚数の絶縁基板１１４を載置する。この場合、電子引き出し電極１２５と絶縁基板１１４のスリット１１４ａと制御電極１２６が、第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａと直交するように配置する。次に、ガラス基板１０１上の端部に枠状のスペーサガラス１０８を載置した後、前面支持リブ１０５が絶縁基板１１４に接触し、かつ蛍光体膜が絶縁基板１１４のスリット１１４ａと対応するようにフロントガラス１０９をスペーサガラス１０８上に載置する。次に、フロントガラス１０９とスペーサガラス１０８とガラス基板１０１を低融点のフリットガラス１１０により接着固定する。
【００４４】
次に、スペーサガラス１０８に設けられた排気口１１８を真空ポンプに接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口１１８を封着する。これにより、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５が複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５に大気圧で押しつけられて固定され、支持構造体が形成される。また、同時に電子引き出し電極１２５と制御電極１２６も固定される。なお、あらかじめ第２の絶縁基板１１５、電子引き出し電極１２５、絶縁基板１１４、制御電極１２６、絶縁基板１１４の順に積み重ねて一体化しておき、組立を簡素化するようにしてもよい。この場合、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５は、それぞれ所定の枚数で一体化するとよい。
【００４５】
この実施の形態によれば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の効果に加え、制御電極１２６によって電子の運動方向が制御されるので、放出された電子が発光部に到達するまでに拡散して発光むらが生じることがないという効果が得られる。なお、この実施の形態では、第２の実施の形態に制御電極１２６を加えた構成で説明したが、第１の実施の形態に制御電極１２６を加えた構成でも制御電極１２６による効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の平面ディスプレイは、少なくとも一部が透光性を有する表示面及びこの表示面に対向配置された基板を含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器内に設けられた選択的に発光表示される蛍光体膜と、外囲器内に表示面と基板とを所定の間隔に離間するための支持構造体とを備えており、この支持構造体は複数の基板側支持リブと少なくとも１つの中間支持基板と複数の前面支持リブとから構成されるようにしたので、加速電圧を高くするため電子放出部と発光部間の距離を大きくする必要がある場合でも中間支持基板を積み重ねるだけでよく、薄型で表示面積の広い平面ディスプレイを容易に生産できるという効果を有する。また、中間支持基板を基板側支持リブと前面支持リブとの間に配置し、大気圧によりこれらのリブに挟まれて固定されるようにしたので、中間支持基板とリブの材質が異なる場合でも熱膨張の差によるクラックが生じないという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】 図１の電子放出部の詳細を説明する図である。
【図３】 第２の実施の形態を示す断面図である。
【図４】 第３の実施の形態を示す断面図である。
【図５】 従来の平面ディスプレイの構成を示す断面図と平面図である。
【符号の説明】
１０１…ガラス基板、１０４…基板側支持リブ、１０５…前面支持リブ、１０８…スペーサガラス、１０９…フロントガラス、１１０…フリットガラス、１１４，１１５…絶縁基板、１１４ａ，１１５ａ…スリット、１１８…排気口、１２０…電子放出部、１２１…基板電極、１２２…導電膜、１２３…バンドル、１２５…電子引き出し電極、１２５ａ…開口部、１２６…制御電極、１２６ａ…メッシュ構造、１４１…メタルバック膜、１４２Ｂ…青色発光蛍光体、１４２Ｇ…緑色発光蛍光体、１４２Ｒ…赤色発光蛍光体。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電界放出型電子源から放出された電子を蛍光体に衝突させて発光させる平面ディスプレイに関し、特に厚みが薄く表示面積を広くした平面ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＥＤ（Field Emission Display）は、２次元マトリクス状に配置した電子源から放出された電子を、対向電極に形成された蛍光体からなる発光部に衝突させて発光させるフラットパネル（平面）ディスプレイである。このＦＥＤは、サブミクロン〜ミクロンサイズの微小真空管，すなわち，電界放出型冷陰極電子源を用いた真空マイクロデバイスの一種である。基本構成は、従来の真空管と同じ３極管であるが、熱陰極を用いず、先鋭な陰極（エミッタ）に高電界を集中して量子力学的なトンネル効果により電子を引き出すようにしている。この引き出した電子を、陽極／陰極間の電圧で加速し、陽極に形成した蛍光体膜に衝突・励起させて発光させる。陰極線による蛍光体の励起発光という点では、ブラウン管と同じ原理である。
【０００３】
一般的なＦＥＤの構成は、真空排気された前面ガラス基板と基板との間に、電子放出部と発光部とが形成されている。この場合、前面ガラス基板の内部表面には、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる陽極が形成され、その上に蛍光体からなる発光部が形成されている。また、これと対向配置する基板上には陰極が形成され、この上に先端が尖った形状（スピント型）のミクロンサイズ（１〜２μｍ）のエミッタが絶縁層に区画されて形成されている。そして、絶縁層上には、エミッタから電子を引き出すためのゲート電極が形成され、これらで微小な電子放出部を構成している。この電子放出部は、例えば、赤・青・緑で構成する１つの画素に対して、２００個程度集積するようにしている。
【０００４】
しかしながら、従来のＦＥＤでは、表示領域全域にわたって、多数の微細なエミッタを均一に形成しなくてはならないため、非常に作製し難いという問題があった。
例えば、対角長が１０インチ程度のディスプレイの場合、その画素数は８００×６００程度になる。したがって、従来のＦＥＤでは、その表示領域全域にわたって、２００×８００×６００＝９６００００００個もの微細なエミッタを均一に形成しなくてはならない。そして、ディスプレイが大きくなればなるほど、この数を増やさなくてはならず、従来のスピント型のエミッタを用いたＦＥＤは、大画面化が困難であるという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するため、スピント型電子源に代わる電界放出型電子源としてカーボンナノチューブを用いたＦＥＤが提案されている（特開平１１−１６２３８３）。このカーボンナノチューブを用いたＦＥＤは、図４に示すように、基板２０１上に、電極配線層２０２が形成され、この電極配線層２０２上に絶縁膜２０３が形成されている。この絶縁膜２０３上には、基板側支持リブ２０４が所定間隔で配置されている。そして、基板側支持リブ２０４で挟まれた絶縁膜２０３上に、所定の間隔を開けて電子放出部２０５が形成されている。この電子放出部２０５は、絶縁膜２０３に形成されたスルーホールを介して電極配線層２０２のいずれかの配線に接続している。また、図４（ａ）に示すように、基板側支持リブ２０４上には、電子引き出し電極２０６が形成されている。
【０００６】
また、透明な前面ガラス基板２０７が基板２０１に対向配置しており、この前面ガラス基板２０７と基板２０１とは、基板側支持リブ２０４とこの基板側支持リブ２０４に直交して並べられている前面支持リブ２０８により、所定の距離離れて配置されている。この前面ガラス基板２０７と基板２０１との間は、真空排気されている。そして、前面ガラス基板２０７の内側表面の前面支持リブ２０８に挟まれた領域に、蛍光体からなる発光部２１０がストライプ形状に形成され、その表面にはアルミニウム膜を蒸着することで形成されたメタルバック膜２１１が形成されている。この発光部２１０を構成する蛍光体には、ＣＲＴなどに用いられる、４〜１０ＫｅＶと高いエネルギーで加速した電子を衝突させることで発光する蛍光体が用いられている。
【０００７】
以上に説明した構成において、メタルバック膜２１１に正の電位が印加され、また、電子引き出し電極２０６に正の電位が印加された状態で、電極配線層２０２の所定の配線に負の電位を印加することで、その配線に接続している電子放出部２０５から電子が放出される。そして、その放出された電子が、その電子放出部２０５に対向する位置の発光部２１０部分に到達することにより、発光部２１０のその部分が発光することになる。そして、ストライプ状に複数配列された発光部２１０に対向し、図４（ｃ）に示すように、複数の電子放出部２０５がマトリクス状に配列されて、平面ディスプレイを構成するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した平面ディスプレイでは、輝度を上げるために蛍光面の加速電圧を高くする場合、絶縁破壊による放電を防ぐために電子放出部と発光部間の距離を大きくする必要があり、厚膜印刷による前面支持リブの形成が困難となっていた。例えば、加速電圧を６ＫＶとする場合、前面支持リブの高さとして３ｍｍ程度が必要となる。これを厚膜印刷で行うと、１回の印刷でできる厚さは２０μｍ程度のため１５０回の印刷が必要となり、実用的でなかった。
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、生産が容易で表示面積の広い薄型平面ディスプレイを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、この発明の平面ディスプレイは、少なくとも一部が透光性を有する表示面及びこの表示面に対向配置された基板を含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器内に設けられた選択的に発光表示される蛍光体膜と、外囲器内に表示面と基板とを所定の間隔に離間するための支持構造体とを備えており、この支持構造体は複数の基板側支持リブと少なくとも１つの中間支持基板と複数の前面支持リブとから構成され、基板側支持リブは基板面から表示面側に垂設され、前面支持リブは表示面から基板側に垂設され、中間支持基板は複数のスリットが設けられて基板側支持リブと前面支持リブとの間に配置され、大気圧によりこれらのリブに挟まれて固定されていることによって特徴づけられる。
【００１０】
この場合、支持構造体の一構成例は、基板側支持リブが所定の間隔で平行して配置され、前面支持リブが基板側支持リブと直交するように所定の間隔で平行して配置されている。
また、前述した平面ディスプレイの一構成例は、基板面の基板側支持リブに挟まれた領域ごとに形成された複数の電子放出部と、表示面の前面支持リブに挟まれた領域ごとに形成された蛍光体膜とこの蛍光体膜上に配置される金属膜とからなる複数の発光部と、発光部と電子放出部との間に蛍光体膜と対向して所定の間隔で配置された電子放出部から電子を引き出すための複数の電子引き出し電極とを備えている。
【００１１】
この場合、中間支持基板の一構成例は、絶縁基板で構成されている。
電子引き出し電極の一構成例は、メッシュ構造を有し、基板側支持リブと中間支持基板とに挟まれて固定されている。
電子引き出し電極の別の構成例は、メッシュ構造を有し、重ねられた中間支持基板の間に挟まれて固定されている。
基板側支持リブと電子引き出し電極との間に配置された中間支持基板は、スリットが電子放出部に対応して設けられ、電子引き出し電極と前面支持リブの間に配置された中間支持基板は、スリットが発光部に対応して設けられている。
【００１２】
基板側支持リブと電子引き出し電極との間に配置された中間支持基板の一構成例はスリット幅が基板側支持リブの間隔より狭く構成され、電子引き出し電極と前面支持リブの間に配置された中間支持基板の一構成例はスリット幅が前面支持リブの間隔より狭く構成されている。
前述した平面ディスプレイの別の構成例は、電子引き出し電極と発光部との間に電子の動きを制御するための制御電極が配置されている。
この場合、制御電極の一構成例は、メッシュ構造を有し、中間支持基板間に挟まれて固定されている。
また、電子放出部の一構成例は、円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブから構成されている。
【００１３】
また、この発明の平面ディスプレイの一構成例は、基板上に支持構造体の一部を構成する複数の基板側支持リブと蛍光体膜を選択的に発光表示させる電子放出部とを厚膜印刷で形成し、透明基板上に支持構造体の一部を構成する複数の前面支持リブと蛍光体膜とを厚膜印刷で形成し、支持構造体の一部を構成する少なくとも１つの絶縁基板に複数のスリットをレーザ光で形成した後、絶縁基板及び電子放出部から電子を引き出すための複数の電子引き出し電極を複数の基板側支持リブと複数の前面支持リブで挟むとともに、排気口を有するスペーサガラスを基板と透明基板の間に配置しフリットガラスで固着して外囲器を形成し、排気口を介して外囲器を真空排気して大気圧で絶縁基板を基板側支持リブと前面支持リブとで押しつけて固定した後、排気口を封着することによって製造される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いてこの発明の実施の形態を説明する。
はじめに、この発明の平面ディスプレイにおける第１の実施の形態について説明する。図１は、この発明の平面ディスプレイにおける第１の実施の形態を示し、同図において（ｂ）は断面図（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す。この平面ディスプレイの構成について説明すると、ガラス基板１０１上に基板側支持リブ１０４が所定間隔で垂設されており、基板側支持リブ１０４に挟まれたガラス基板１０１上に基板電極１２１が形成され、この基板電極１２１上に電子放出部１２０が形成されている。
【００１５】
また、ガラス基板１０１に対向して透明なフロントガラス１０９が配置されており、このガラス基板１０１とフロントガラス１０９は、端部に配置された枠状のスペーサガラス１０８により所定の間隔で離間されている。ガラス基板１０１とスペーサガラス１０８、及びスペーサガラス１０８とフロントガラス１０９は、それぞれ低融点のフリットガラス１１０により接着固定されて外囲器を構成しており、外囲器内が１０-3〜１０-5Ｐａの真空度に保たれている。
【００１６】
この外囲器内において、フロントガラス１０９の内面には基板側支持リブ１０４と直交するように所定間隔で前面支持リブ１０５が垂下されており、フロントガラス１０９内面の前面支持リブ１０５に挟まれた領域に表示画素を構成する発光部が形成されている。この発光部は、フロントガラス１０９内面に形成された蛍光体膜と、この蛍光体膜の表面に形成されたメタルバック膜１４１とから構成されており、蛍光体に赤色発光蛍光体１４２Ｒを用いた赤色発光部、緑色発光蛍光体１４２Ｇを用いた緑色発光部及び青色発光蛍光体１４２Ｂを用いた青色発光部を備えている。フロントガラス１０９の内面は、前面支持リブ１０５、赤色発光部、前面支持リブ１０５、緑色発光部、前面支持リブ１０５、青色発光部の順番で所定回数分繰り返し配置され、最後の青色発光部の次に前面支持リブ１０５が配置された構成を有している。
【００１７】
また、基板側支持リブ１０４上には、各発光部と１対１に対応した帯状の電子引き出し電極１２５が電子放出部１２０と直交するように所定間隔で配置されている。そして、基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５と中間支持基板となる絶縁基板１１４とにより大気圧によるフロントガラス１０９とガラス基板１０１のたわみを所定値内にするための支持構造体が形成されている。この場合、前面支持リブ１０５と電子引き出し電極１２５の間に所定枚数の絶縁基板１１４が配置されており、この絶縁基板１１４は前面支持リブ１０５と電子引き出し電極１２５を介して基板側支持リブ１０４とによって挟まれ、大気圧により押しつけられて固定されている。この絶縁基板１１４には電子を通過させるためのスリット１１４ａが各発光部に対応して電子放出部１２０と直交するように所定数設けられている。
【００１８】
ここで、外囲器を構成するガラス基板１０１、フロントガラス１０９及びスペーサガラス１０８は、低アルカリソーダガラスを用いており、ガラス基板１０１とフロントガラス１０９は厚さ１〜２ｍｍの板ガラスを使用する。基板電極１２１は、１０μｍ程度の厚さとなるように銀あるいはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストを所定のパターンでガラス基板１０１にスクリーン印刷した後、焼成して形成している。この場合、基板電極１２１は、前述した印刷で形成するものに限られるものではなく、例えば、周知のスパッタリング法とエッチング法を用いて形成された厚さ１μｍ程度のアルミニウム薄膜で構成してもよい。
【００１９】
電子放出部１２０は、導電性を有する粘性溶液に複数のカーボンナノチューブが集合して構成されたバンドルを分散させたバンドルペーストを所定のパターンで基板電極１２１上にスクリーン印刷した後、焼成し、その後に表面をレーザ照射して表面の導電性粒子、バインダー及びバンドル中の炭素の多面体粒子を蒸発させて除去し、形成している。この電子放出部１２０は厚さ２０〜１００μｍで、図２（ａ）に示すように、導電膜１２２から露出したバンドル１２３表面に多数のカーボンナノチューブが均一に分布しており、それぞれのカーボンナノチューブが電子放出源として動作する。
【００２０】
カーボンナノチューブは、図２（ｂ）で模式的に示すように、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が形成された構造をしており、その直径は４〜５０ｎｍと微小のため、１００Ｖ程度の電界を印加することにより電子を電界放出させることができる。なお、カーボンナノチューブには、図２（ｂ）に示した単層のものと、複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものとがあるが、どちらを用いてもよい。また、カーボンナノチューブを露出させる方法は、レーザ照射に限られるものではなく、例えばプラズマを用いた選択的なドライエッチングを用いてもよい。
【００２１】
基板側支持リブ１０４は、電子放出部１２０を挟むように低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでガラス基板１０１上に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成して形成した絶縁体で構成されている。この場合、基板側支持リブ１０４は、幅５０μｍで高さ２００μｍ、リブの間隔を２．５４ｍｍとしたが、これに限られるものではなく、幅は隣接する電子放出部１２０間で絶縁破壊が起こらず、かつ大気圧を支えられる程度であればよく、高さは電子放出部１２０と電子引き出し電極１２５の間で放電が発生しない範囲で低くすることが望ましい。
【００２２】
電子引き出し電極１２５は、厚さ５０μｍのステンレス板で構成されており、エッチングにより口径２０〜１００μｍの多数の開口部１２５ａが形成されている。蛍光体膜は、所定の発光色を有する蛍光体で構成されており、フロントガラス１０９の内面に蛍光体ペーストをストライプ状にスクリーン印刷した後、焼成して厚さ１０〜１００μｍに形成したものである。この場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に用いる各蛍光体１４２Ｒ，１４２Ｇ，１４２Ｂにはブラウン管等で一般的に使用されている、４〜１０ＫｅＶと高いエネルギーで加速した電子を衝突させることで発光する周知の酸化物蛍光体や硫化物蛍光体を用いている。メタルバック膜１４１は、厚さ０．１μｍ程度のアルミニウム薄膜から構成されており、周知の蒸着法を用いて蛍光体膜の表面に形成されている。
【００２３】
前面支持リブ１０５は、低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでフロントガラス１０９内面の所定位置に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成して形成した絶縁体で構成されている。この場合、前面支持リブ１０５の幅を１００〜１５０μｍ、高さを５００μｍ、リブの間隔を１ｍｍとした。絶縁基板１１４は、長さが発光部と同じで幅が０．５ｍｍのスリット１１４ａを１ｍｍピッチで設けた厚さ０．３ｍｍのアルミナ基板を用いており、スリット１１４ａの開口はレーザ光を使用している。この場合、絶縁基板１１４を８枚積み重ねて２．４ｍｍの厚さとした。
【００２４】
ここでは、絶縁基板１１４のスリット１１４ａ幅を前面支持リブ１０５の間隔のおよそ１／２として発光部より狭くしたが、これは電子の通路を狭めることによりスリット１１４ａを出てから蛍光体に到達するまでに電子が拡散する範囲を狭めて蛍光体のにじみ発光を防止する効果を考慮したものであり、そのサイズは絶縁基板１１４と発光部との距離や積み重ねる絶縁基板１１４の厚さにより最適な値を選択してよい。なお、積み重ねる絶縁基板１１４のスリット１１４ａ幅をすべて同じ幅としたが、必ずしも同じである必要はなく、一部あるいは全部のスリット１１４ａ幅が異なっていてもよい。また、絶縁基板１１４はアルミナ基板に限られるものではなく、他のセラミック基板やガラス基板を用いてもよい。また、絶縁基板１１４の厚さやスリット１１４ａ幅、積み重ね枚数を必要に応じて変えてよいことは言うまでもない。
【００２５】
この実施の形態の平面ディスプレイは、このように構成したので、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１の間に、電子引き出し電極１２５側が正の電位となるように電位差を設けることにより、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１が交差した部分にある電子放出部１２０のカーボンナノチューブに電界が集中し、高電界となったカーボンナノチューブの先端から電子が放出される。このため、メタルバック膜１４１に正電圧（加速電圧）が印加されていると、電子放出部１２０から放出された電子がメタルバック膜１４１に向かって加速され、さらにメタルバック膜１４１を透過して蛍光体膜に衝突して蛍光体膜が発光させられる。
【００２６】
よって、例えば、電子引き出し電極１２５を行方向に所定数設け、基板電極１２１を列方向に所定数設けて、メタルバック膜１４１に正電圧（加速電圧）を印加した状態で、１行目の電子引き出し電極１２５に所定の正電圧を印加しておいて、基板電極１２１に１列目から所定列目まで発光させるアドレスで所定の負電圧が印加されるように順次走査し、これを１行目から所定行目の電子引き出し電極１２５まで行うことにより、ドットマトリクス表示することができる。この場合、電圧を印加しない基板電極１２１と電子引き出し電極１２５は０Ｖにしておくか、電子引き出し電極１２５に基板電極１２１に対して数Ｖ程度の負のバイアス電圧を印加して表示アドレス以外の電子放出部１２０より電子が放出されないようにしておく。
【００２７】
また、基板電極１２１に印加する電圧を０Ｖと正電圧とし、発光させる場合は０Ｖととし、発光させない場合は正電圧とするようにしてもよい。この場合、電子引き出し電極１２５は、アクティブな行を正電圧に保ち、他の行を０Ｖ又は数Ｖ程度の負のバイアス電圧を印加して、表示アドレス以外の電子放出部１２０より電子が放出されないようにしておく。この実施の形態では、メタルバック膜１４１に印加する電圧を６ＫＶ、電子引き出し電極１２５に印加する電圧を５００Ｖと０Ｖ、基板電極１２１に印加する電圧を５００Ｖと０Ｖとした。この場合、負電圧を用いないので負電圧電源が不要となり、コスト低減の効果が得られる。
【００２８】
次に、この実施の形態の平面ディスプレイの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１に基板電極１２１と電子放出部１２０と基板側支持リブ１０４とを前述した厚膜印刷の方法で形成する。次に、フロントガラス１０９に蛍光体膜とメタルバック膜１４１と前面支持リブ１０５とを前述した方法で形成する。また、絶縁基板１１４に前述した方法でスリット１１４ａを形成する。次に、基板側支持リブが形成された面を上にしてガラス基板１０１を組立台に載置した後、基板側支持リブ１０４上に電子引き出し電極１２５を電子放出部１２０と直交するように載置する。次に、電子引き出し電極１２５上に所定枚数の絶縁基板１１４をスリット１１４ａが電子放出部１２０と直交するように載置した後、ガラス基板１０１上の端部に枠状のスペーサガラス１０８を載置する。
【００２９】
次に、前面支持リブ１０５が絶縁基板１１４に接触し、かつ蛍光体膜が絶縁基板１１４のスリット１１４ａと対応するようにフロントガラス１０９をスペーサガラス１０８上に載置する。次に、フロントガラス１０９とスペーサガラス１０８とガラス基板１０１を低融点のフリットガラス１１０により接着固定する。次に、スペーサガラス１０８に設けられた排気口１１８を真空ポンプに接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口１１８を封着する。これにより、絶縁基板１１４が複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５に大気圧で押しつけられて固定され、支持構造体が形成される。
【００３０】
この実施の形態の平面ディスプレイによれば、支持構造体を複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５と電子通過用スリット１１４ａを有する所定枚数の絶縁基板１１４とで構成するようにしたので、繰り返し印刷して形成する前面支持リブ１０５の高さを低くしても、絶縁基板１１４を積み重ねて必要な絶縁距離を保つことができ、生産が容易になるという効果が得られる。また、大気圧による外囲器の変形が抑えられ、各電極間の距離が所定の値に保持されて発光むらが抑止できるという効果を有する。また、絶縁基板１１４を基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５で挟み、大気圧で押しつけて固定するようにしたので、フリットガラスで固着したときに問題であった、絶縁基板１１４とリブの材質の違いによる熱膨張の差を原因とするクラックが生じないという効果を有する。また、絶縁基板１１４の厚さとスリット１１４ａ幅を最適に選ぶことにより、電子放出部１２０から放出された電子の拡散を抑えることができるので、隣接する画素のにじみ発光が防止できるという効果を有する。
【００３１】
また、電子放出部１２０間に基板側支持リブ１０４を設けたので、隣接する電子放出部１２０間の漏れ電流を防ぐことができる。また、基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５を直交させ、かつ電子引き出し電極１２５を基板側支持リブ１０４と直交させて配置したので、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１の交差する部分の電子放出部１２０のみから電子が放出されるので、蛍光体膜や電子放出部１２０をマトリクス状に配置しなくともドットマトリクス表示が可能である。また、各発光部を前面支持リブ１０５で分離したので、隣接するＲ、Ｇ、Ｂ間のにじみ発光が防止できる。
【００３２】
また、電子放出部１２０を印刷法で形成したカーボンナノチューブを含む導電膜１２２で構成し、これを電界放出型冷陰極電子源として用いるようにしたので、構成要素の大部分が印刷技術により形成可能であるため、非常に安価に作製することが可能となる。また、電子放出部１２０は、カーボンナノチューブが多数配置された状態となっているので、単位面積当たりの電子放出源の数が非常に多くなり、より多くの電子を放出させることが可能となるので、高輝度を得ることができる。また、カーボンナノチューブは化学的に安定なので放出ガスによって表面が劣化することがなく、エミッションが低下する問題も生じない。
【００３３】
次に、この発明の平面ディスプレイにおける第２の実施の形態について説明する。図３は、この発明の平面ディスプレイにおける第２の実施の形態を示し、同図において（ｂ）は断面図（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示す。また、図１と同一符号は同一部分を示す。この平面ディスプレイが第１の実施の形態に示したものと異なる点は、電子引き出し電極１２５と基板側支持リブ１０４の間に第２の絶縁基板１１５を少なくとも１つ設けたことである。この場合、外囲器内に第２の絶縁基板１１５と電子引き出し電極１２５と絶縁基板１１４とがこの順で積み重ねられて配置され、大気圧により押しつけられた基板側支持リブ１０４と前面支持リブ１０５とに挟まれて固定されている。
【００３４】
この実施の形態では、第２の絶縁基板１１５に電子放出部１２０に対応して電子引き出し電極１２５と直交するように電子を通過させるスリット１１５ａが設けられている。この第２の絶縁基板１１５には、長さが電子放出部１２０と同じで幅が１．２７ｍｍのスリット１１５ａを２．５４ｍｍピッチで設けた厚さ０．３ｍｍのアルミナ基板を用いており、スリット１１５ａの開口はレーザ光を使用している。この場合、第２の絶縁基板１１５を電子引き出し電極１２５と基板側支持リブ１０４の間に１枚配置した。
【００３５】
ここでは、第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａ幅を基板側支持リブ１０４の間隔のおよそ１／２と電子放出部１２０より狭くしたが、これは電子の通路を狭めることによりスリット１１５ａを出てから蛍光体に到達するまでに電子が拡散する範囲を狭めて、隣接する画素部分の蛍光体のにじみ発光を防止する効果を考慮したものであり、そのサイズは第２の絶縁基板１１５と発光部との距離や第２の絶縁基板１１５の厚さにより最適な値を選択してよい。なお、第２の絶縁基板１１５を複数積み重ねる場合、一部あるいは全部のスリット１１５ａ幅が異なっていてもよい。また、第２の絶縁基板１１５はアルミナ基板に限られるものではなく、他のセラミック基板やガラス基板を用いてもよい。また、第２の絶縁基板１１５の厚さやスリット１１５ａ幅、積み重ね枚数を必要に応じて変えてよいことは言うまでもない。
【００３６】
次に、この実施の形態の平面ディスプレイの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１に基板電極１２１と電子放出部１２０と基板側支持リブ１０４とを前述した厚膜印刷の方法で形成する。次に、フロントガラス１０９に蛍光体膜とメタルバック膜１４１と前面支持リブ１０５とを前述した方法で形成する。また、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５に前述した方法でスリット１１４ａ，１１５ａを形成する。次に、基板側支持リブが形成された面を上にしてガラス基板１０１を組立台に載置した後、基板側支持リブ１０４上に所定枚数の第２の絶縁基板１１５をスリット１１５ａが電子放出部１２０と対応するように載置する。
【００３７】
次に、第２の絶縁基板１１５上に電子引き出し電極１２５を載置した後、電子引き出し電極１２５上に所定枚数の絶縁基板１１４を載置する。この場合、電子引き出し電極１２５と絶縁基板１１４のスリット１１４ａが、第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａと直交するように配置する。次に、ガラス基板１０１上の端部に枠状のスペーサガラス１０８を載置した後、前面支持リブ１０５が絶縁基板１１４に接触し、かつ蛍光体膜が絶縁基板１１４のスリット１１４ａと対応するようにフロントガラス１０９をスペーサガラス１０８上に載置する。次に、フロントガラス１０９とスペーサガラス１０８とガラス基板１０１を低融点のフリットガラス１１０により接着固定する。
【００３８】
次に、スペーサガラス１０８に設けられた排気口１１８を真空ポンプに接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口１１８を封着する。これにより、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５が複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５に大気圧で押しつけられて固定され、支持構造体が形成される。また、同時に電子引き出し電極１２５も固定される。なお、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５の間に電子引き出し電極１２５を挟んで一体化させ、組立を簡素化するようにしてもよい。この場合、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５は、それぞれ所定の枚数で一体化するとよい。
【００３９】
この実施の形態では、絶縁基板１１４のスリット１１４ａと第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａが直交しているので、これらのスリット１１４ａ，１１５ａの交差部分に電子の通路が制限されて電子の拡散を画素範囲に収められるため、隣接する画素部分の蛍光体のにじみ発光をより有効に防止する効果が得られる。また、電子引き出し電極１２５を第２の絶縁基板１１５と絶縁基板１１４で挟んで一体基板にすることが可能になるので、組立が容易になる効果がある。
【００４０】
次に、この発明の平面ディスプレイにおける第３の実施の形態について説明する。図４は、この発明の平面ディスプレイにおける第３の実施の形態を示し、同図において（ｂ）は断面図（ａ）のＣ−Ｃ線断面を示す。また、図１及び図２と同一符号は同一部分を示す。この平面ディスプレイが第２の実施の形態に示したものと異なる点は、電子引き出し電極１２５とメタルバック膜１４１の間に各発光部に対応した制御電極１２６を設けたことである。この場合、制御電極１２６はメッシュ構造１２６ａを有し、その形状は発光部に対応した帯状であり、各発光部に対応した間隔で絶縁基板１１４に挟まれて配置されている。この制御電極１２６は、厚さ５０μｍのステンレス板で構成されており、エッチングによりメッシュ構造１２６ａが形成されている。
【００４１】
この実施の形態の平面ディスプレイは、このように構成したので、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１の間に、電子引き出し電極１２５側が正の電位となるように電位差を設けることにより、電子引き出し電極１２５と基板電極１２１が交差した部分にある電子放出部１２０のカーボンナノチューブに電界が集中し、高電界となったカーボンナノチューブの先端から電子が放出される。放出された電子は、電子引き出し電極１２５より数１０Ｖ高い電圧が印加された制御電極１２６により運動方向が制御された後、メタルバック膜１４１に印加された正電圧（加速電圧）によって加速され、さらにメタルバック膜１４１を透過して蛍光体膜に衝突して蛍光体膜が発光させられる。この実施の形態では、制御電極１２６に印加する電圧を電子引き出し電極１２５に印加する電圧より６０Ｖ高い電圧に設定した。
【００４２】
次に、この実施の形態の平面ディスプレイの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１に基板電極１２１と電子放出部１２０と基板側支持リブ１０４とを前述した厚膜印刷の方法で形成する。次に、フロントガラス１０９に蛍光体膜とメタルバック膜１４１と前面支持リブ１０５とを前述した方法で形成する。また、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５に前述した方法でスリット１１４ａ，１１５ａを形成する。次に、基板側支持リブが形成された面を上にしてガラス基板１０１を組立台に載置した後、基板側支持リブ１０４上に所定枚数の第２の絶縁基板１１５をスリット１１５ａが電子放出部１２０と対応するように載置する。
【００４３】
次に、第２の絶縁基板１１５上に電子引き出し電極１２５を載置した後、電子引き出し電極１２５上に所定枚数の絶縁基板１１４を載置する。次に、絶縁基板１１４上に制御電極１２６を載置した後、さらに所定枚数の絶縁基板１１４を載置する。この場合、電子引き出し電極１２５と絶縁基板１１４のスリット１１４ａと制御電極１２６が、第２の絶縁基板１１５のスリット１１５ａと直交するように配置する。次に、ガラス基板１０１上の端部に枠状のスペーサガラス１０８を載置した後、前面支持リブ１０５が絶縁基板１１４に接触し、かつ蛍光体膜が絶縁基板１１４のスリット１１４ａと対応するようにフロントガラス１０９をスペーサガラス１０８上に載置する。次に、フロントガラス１０９とスペーサガラス１０８とガラス基板１０１を低融点のフリットガラス１１０により接着固定する。
【００４４】
次に、スペーサガラス１０８に設けられた排気口１１８を真空ポンプに接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口１１８を封着する。これにより、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５が複数の基板側支持リブ１０４と複数の前面支持リブ１０５に大気圧で押しつけられて固定され、支持構造体が形成される。また、同時に電子引き出し電極１２５と制御電極１２６も固定される。なお、あらかじめ第２の絶縁基板１１５、電子引き出し電極１２５、絶縁基板１１４、制御電極１２６、絶縁基板１１４の順に積み重ねて一体化しておき、組立を簡素化するようにしてもよい。この場合、絶縁基板１１４と第２の絶縁基板１１５は、それぞれ所定の枚数で一体化するとよい。
【００４５】
この実施の形態によれば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の効果に加え、制御電極１２６によって電子の運動方向が制御されるので、放出された電子が発光部に到達するまでに拡散して発光むらが生じることがないという効果が得られる。なお、この実施の形態では、第２の実施の形態に制御電極１２６を加えた構成で説明したが、第１の実施の形態に制御電極１２６を加えた構成でも制御電極１２６による効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の平面ディスプレイは、少なくとも一部が透光性を有する表示面及びこの表示面に対向配置された基板を含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器内に設けられた選択的に発光表示される蛍光体膜と、外囲器内に表示面と基板とを所定の間隔に離間するための支持構造体とを備えており、この支持構造体は複数の基板側支持リブと少なくとも１つの中間支持基板と複数の前面支持リブとから構成されるようにしたので、加速電圧を高くするため電子放出部と発光部間の距離を大きくする必要がある場合でも中間支持基板を積み重ねるだけでよく、薄型で表示面積の広い平面ディスプレイを容易に生産できるという効果を有する。また、中間支持基板を基板側支持リブと前面支持リブとの間に配置し、大気圧によりこれらのリブに挟まれて固定されるようにしたので、中間支持基板とリブの材質が異なる場合でも熱膨張の差によるクラックが生じないという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】 図１の電子放出部の詳細を説明する図である。
【図３】 第２の実施の形態を示す断面図である。
【図４】 第３の実施の形態を示す断面図である。
【図５】 従来の平面ディスプレイの構成を示す断面図と平面図である。
【符号の説明】
１０１…ガラス基板、１０４…基板側支持リブ、１０５…前面支持リブ、１０８…スペーサガラス、１０９…フロントガラス、１１０…フリットガラス、１１４，１１５…絶縁基板、１１４ａ，１１５ａ…スリット、１１８…排気口、１２０…電子放出部、１２１…基板電極、１２２…導電膜、１２３…バンドル、１２５…電子引き出し電極、１２５ａ…開口部、１２６…制御電極、１２６ａ…メッシュ構造、１４１…メタルバック膜、１４２Ｂ…青色発光蛍光体、１４２Ｇ…緑色発光蛍光体、１４２Ｒ…赤色発光蛍光体。
Claims (12)
- 少なくとも一部が透光性を有する表示面及びこの表示面に対向配置された基板を含みかつ内部が真空排気された外囲器とこの外囲器内に設けられた選択的に発光表示される蛍光体膜とを備えた平面ディスプレイにおいて、
前記外囲器内に前記表示面と前記基板とを所定の間隔に離間するための支持構造体を有し、
前記支持構造体は、複数の基板側支持リブと、少なくとも１つの中間支持基板と、複数の前面支持リブとから構成され、
前記基板側支持リブは、前記基板面から前記表示面側に垂設され、
前記前面支持リブは、前記表示面から前記基板側に垂設され、
前記中間支持基板は、複数のスリットが設けられて前記基板側支持リブと前記前面支持リブとの間に配置され、大気圧によりこれらのリブに挟まれて固定されている
ことを特徴とする平面ディスプレイ。 - 前記基板側支持リブは、所定の間隔で平行して配置され、
前記前面支持リブは、前記基板側支持リブと直交するように所定の間隔で平行して配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の平面ディスプレイ。 - 前記基板面の前記基板側支持リブに挟まれた領域ごとに形成された複数の電子放出部と、
前記表示面の前記前面支持リブに挟まれた領域ごとに形成された前記蛍光体膜とこの蛍光体膜上に形成された金属膜とからなる複数の発光部と、
前記発光部と前記電子放出部との間に前記蛍光体膜と対向して所定の間隔で配置された前記電子放出部から電子を引き出すための複数の電子引き出し電極と
を備えていることを特徴とする請求項２記載の平面ディスプレイ。 - 前記中間支持基板は、絶縁体で構成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の平面ディスプレイ。 - 前記電子引き出し電極は、
メッシュ構造を有し、前記基板側支持リブと前記中間支持基板とに挟まれて固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の平面ディスプレイ。 - 前記電子引き出し電極は、
メッシュ構造を有し、重ねられた前記中間支持基板の間に挟まれて固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の平面ディスプレイ。 - 前記基板側支持リブと前記電子引き出し電極との間に配置された中間支持基板は、スリットが前記電子放出部に対応して設けられ、前記電子引き出し電極と前記前面支持リブの間に配置された中間支持基板は、スリットが前記発光部に対応して設けられている
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の平面ディスプレイ。 - 前記基板側支持リブと前記電子引き出し電極との間に配置された中間支持基板は、スリット幅が前記基板側支持リブの間隔より狭く構成され、前記電子引き出し電極と前記前面支持リブの間に配置された中間支持基板は、スリット幅が前記前面支持リブの間隔より狭く構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の平面ディスプレイ。 - 前記電子引き出し電極と前記発光部との間に電子の動きを制御するための制御電極が配置されている
ことを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の平面ディスプレイ。 - 前記制御電極は、
メッシュ構造を有し前記中間支持基板間に挟まれて固定されている
ことを特徴とする請求項９に記載の平面ディスプレイ。 - 前記電子放出部は、
円筒状のグラファイトの層からなるカーボンナノチューブから構成されていることを特徴とする請求項３から１０のいずれかに記載の平面ディスプレイ。 - 少なくとも一部が透光性を有する表示面及びこの表示面に対向配置された基板を含む外囲器を備え、選択的に発光表示される蛍光体膜と、前記表示面と前記基板とを所定の間隔に離間するための支持構造体とが前記外囲器内に設けられた平面ディスプレイの製造方法において、
前記基板上に前記支持構造体の一部を構成する複数の基板側支持リブと前記蛍光体膜を選択的に発光表示させる電子放出部とを厚膜印刷で形成し、透明基板上に前記支持構造体の一部を構成する複数の前面支持リブと前記蛍光体膜とを厚膜印刷で形成し、前記支持構造体の一部を構成する少なくとも１つの絶縁基板に複数のスリットをレーザ光で形成した後、前記絶縁基板及び前記電子放出部から電子を引き出すための複数の電子引き出し電極を複数の前記基板側支持リブと複数の前記前面支持リブで挟むとともに、排気口を有するスペーサガラスを前記基板と前記透明基板の間に配置しフリットガラスで固着して前記外囲器を形成し、前記排気口を介して前記外囲器を真空排気して大気圧で前記絶縁基板を前記基板側支持リブと前記前面支持リブとで押しつけて固定した後、前記排気口を封着することを特徴とする平面ディスプレイの製造方法。
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