JP4369075B2

JP4369075B2 - 平面ディスプレイ

Info

Publication number: JP4369075B2
Application number: JP2001146050A
Authority: JP
Inventors: 純子余谷; 佐四郎上村; 武志長廻; 宏行倉知; 弘山田; 智隆江崎
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002343281A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子放出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する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＦＥＤ（Field Emission Display）や平型蛍光表示管のような、電子放出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）ディスプレイにおいて、電子放出源にカーボンナノチューブなどのナノチューブ状繊維を用いたＦＥＤが提案され、注目されている。図３は、ナノチューブ状繊維を電子放出源に用いた従来の平面ディスプレイの画素構成を示す部分分解斜視図である。
【０００３】
この平面ディスプレイは、図３に示すように、ガラス基板３０１上に互いに平行に垂設された複数の基板リブ３０２を備えており、基板リブ３０２で挟まれたガラス基板３０１上に帯状に形成された電子放出源３１０が配置されている。また、ガラス基板３０１に対向して透明なフロントガラス３０３が配置されており、フロントガラス３０３のガラス基板３０１に対向する面には基板リブ３０２と直交するように所定間隔で複数の前面リブ３０４が垂設されて基板リブ３０２の頂部と接触している。
【０００４】
フロントガラス３０３内面の前面リブ３０４に挟まれた領域には蛍光体膜３０５が配置されており、蛍光体膜３０５の表面には陽極となるメタルバック膜３０６が形成されている。また、メタルバック膜３０６に対向して基板リブ３０２で支持された電子引き出し電極３２１が設けられている。ガラス基板３０１とフロントガラス３０３は、枠状のスペーサガラス（図示せず）を介して対向配置され、低融点のフリットガラスでそれぞれスペーサガラスに接着されて外囲器を構成しており、外囲器内は１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。
【０００５】
この平面ディスプレイは、電子引き出し電極３２１と電子放出源３１０の間に、電子引き出し電極３２１側が正の電位となるように所定の電位差を設けることにより、電子引き出し電極３２１と電子放出源３１０が交差した部分から電子が引き出され、電子引き出し電極３２１の矩形状の電子通過孔３２２から放出される。このため、メタルバック膜３０６に正電圧（加速電圧）が印加されていると、電子通過孔３２２から放出された電子がメタルバック膜３０６に向かって加速され、さらにメタルバック膜３０６を透過して蛍光体膜３０５に衝突して蛍光体膜３０５を発光させる。
【０００６】
よって、例えば、電子引き出し電極３２１を行方向に所定数設け、電子放出源３１０を列方向に所定数設けた構成とした場合において、メタルバック膜３０６に正電圧（加速電圧）を印加した状態で、アクティブ行の電子引き出し電極３２１に所定の正電圧を印加しておき、アクティブ行の発光させる画素に対応する列の電子放出源３１０に対して所定の負電圧を印加するという動作を１行目から所定行目の電子引き出し電極３２１まで順次行うことにより、ドットマトリクス表示をさせることができる。
【０００７】
【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、電子引き出し電極３２１は、厚さ５０μｍのステンレス又は４２−６合金などの金属板で構成されており、エッチングにより矩形状の電子通過孔３２２を有するはしご状構造を形成している。このため、表示画面を大型化しようとすると電子引き出し電極３２１の長さが長くなり、膨張による寸法変化や振動現象などが発生し、精細な表示を得ることが困難になるという問題があった。
本発明は、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、表示画面の大型化と精細な表示とが可能な薄型の平面ディスプレイを提供することを目的とする。
【０００８】
【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、本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フロントガラスとこのフロントガラスに対向配置された基板とを含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器内のフロントガラス面に配置された蛍光体膜と、外囲器内の基板面に配置された電子放出源と、蛍光体膜と対向した面に形成された所定電圧が印加可能な導電膜と電子通過孔とを有し蛍光体膜と電子放出源との間に配置された絶縁基板とを備え、基板の前記フロントガラスと対向する面上に互いに平行に所定間隔で垂設された複数の基板リブとを備え、電子放出源は、帯状の形状を有し、基板上の基板リブに挟まれた領域に配設され、基板リブの基板の主表面に対して垂直な方向の高さは、電子放出源の前記垂直な方向の高さ以下であり、電子放出源は、多数の貫通孔を有しナノチューブ状繊維の生成核となる板状金属部材と、この金属部材の表面及び貫通孔壁に配置された多数のナノチューブ状繊維からなる被膜とから構成されていることによって特徴づけられる。
【０００９】
この平面ディスプレイの一構成例は、蛍光体膜が帯状で互いに平行に複数配置され、電子放出源が帯状で蛍光体膜の配置方向と直交する方向に複数配置され、導電膜が帯状で蛍光体膜に対応して複数配置され、電子通過孔が蛍光体膜と電子放出源とが交差する領域内に配置されている。この場合、蛍光体膜間にはフロントガラス面から直方体状の絶縁体からなる前面リブが垂設され、絶縁基板が前面リブと電子放出源に挟まれている。また、蛍光体膜は表面に陽極となるメタルバック膜を有する。
【００１０】
絶縁基板の一構成例は、ガラス基板で構成されている。電子放出源の一構成例は、電界電子放出型電子放出源から構成されている。この場合、電界放出型電子放出源は、多数の電子放出源からなる面状電子放出源である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態にかかる平面ディスプレイの画素構成を示す部分分解斜視図であり、図２は１画素の構造を示す断面図である。なお、図２は図１のＡ−Ａ線とＢ−Ｂ線を含む面を矢印Ｃの示す方向から見た図である。これらの図において、ガラス基板１０１の一方の面に複数の基板リブ１０２が互いに平行に所定間隔で垂設されており、ガラス基板１０１上のこれらの基板リブ１０２に挟まれた領域に帯状の電子放出源１１０が配置されている。
【００１２】
また、ガラス基板１０１に対向して透明なフロントガラス１０３が配置されており、フロントガラス１０３のガラス基板１０１に対向する面には基板リブ１０２と直交する方向に所定間隔で複数の前面リブ１０４が垂設されている。フロントガラス１０３の前面リブ１０４に挟まれた領域には帯状の蛍光体膜１０５が配置されており、各蛍光体膜１０５の表面には陽極となるメタルバック膜１０６が形成されている。ガラス基板１０１とフロントガラス１０３は、枠状のスペーサガラス（図示せず）を介して対向配置され、低融点のフリットガラスでそれぞれスペーサガラスに接着されて外囲器を構成しており、外囲器内は１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。
【００１３】
また、ガラス基板１０１とフロントガラス１０３の間には各蛍光体膜１０５と１対１に対応した帯状の導電膜１２１と複数の電子通過孔１２２とが形成された１枚の絶縁基板１２０がこれらの導電膜１２１を各蛍光体膜１０５と対向させて配置されている。ここで、電子通過孔１２２は、絶縁基板１２０と導電膜１２１を貫く円形の貫通孔であり、各蛍光体膜１０５と各電子放出源１１０とが交差する領域内に設けられている。この絶縁基板１２０は、導電膜１２１間の絶縁基板１２０表面に接触している前面リブ１０４と、電子放出源１１０とによって挟まれており、大気圧により押しつけられて固定されている。電子放出源１１０、導電膜１２１及びメタルバック膜１０６は、それぞれ外囲器を貫通するリード（図示せず）に接続されており、所定電圧が印加可能に構成されている。
【００１４】
ここで、外囲器を構成するガラス基板１０１、フロントガラス１０３及びスペーサガラスは、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１０３は厚さ１〜２ｍｍの板ガラスを使用している。基板リブ１０２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、焼成して形成した直方体状の絶縁体で構成されている。基板リブ１０２の高さは、電子放出源１１０と電子引き出し電極となる導電膜１２１との間隔を絶縁基板１２０の厚さのみで規定できるようにするため、電子放出源１１０と同じか又は低くする。なお、基板リブ１０２の高さは、隣接する電子放出源１１０間で放電が発生するのを防止するため、電子放出源１１０と同じか低くとも０．０５ｍｍ低い程度とすることが望ましい。
【００１５】
この場合、電子放出源１１０の高さを０．１５ｍｍとし、基板リブ１０２の高さを０．１ｍｍとした。また、基板リブ１０２は、幅を５０μｍとし、電子放出源１１０の幅が０．３ｍｍとなるようにリブ間隔が設定されている。なお、基板リブ１０２は、これに限られるものではなく、基板リブ１０２の幅は隣接する電子放出源１１０間で絶縁破壊が起こらない程度であればよい。また、リブ間隔も必要に応じて変更してもよい。
【００１６】
電子放出源１１０は、高電界により電子を放出する電界放出型電子放出源であり、多数の貫通孔を有しナノチューブ状繊維の生成核となる板状金属部材１１１と、この板状金属部材１１１の表面及び貫通孔壁に配置された多数のナノチューブ状繊維からなる被膜１１２とから構成されている。ここで、板状金属部材１１１は、鉄又は鉄を含む合金からなる金属板であり、四角形の貫通孔が一定間隔で設けられて梯子状となっている。なお、貫通孔の開口部の形状は、板状金属部材１１１上で被膜１１２の分布が均一となるものであればどのような形状でもよく、開口部の大きさが同一である必要もない。例えば、開口部の形状が三角形、四角形、六角形などの多角形やこれら多角形の角を丸めたもの、又は円形やだ円形など何でもよい。
【００１７】
被膜１１２を構成するナノチューブ状繊維は、太さが０．５〜１００ｎｍ程度で、長さが１μｍ以上１００μｍ未満程度の炭素で構成された物質であり、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単層構造のカーボンナノチューブや、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のカーボンナノチューブであってもよいし、構造が乱れて欠陥をもつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブでもよい。また、これらが混在したものであってもよい。これらのナノチューブ状繊維は、一端が板状金属部材１１１の表面や貫通孔壁に結合するとともに、カールしたり互いに絡み合ったりして板状金属部材１１１を覆い、綿状の被膜１１２を形成している。
【００１８】
この電子放出源１１０は、反応容器に多数の貫通孔を有しナノチューブ状繊維の生成核となる板状金属部材１１１を入れて真空に排気した後、メタンガスと水素ガスあるいは一酸化炭素ガスと水素ガスを所定の比率で導入して１気圧に保ち、赤外線ランプで板状金属部材１１１を所定時間加熱して表面や貫通孔壁に炭素からなるナノチューブ状繊維の被膜１１２を成長させることによって形成する。なお、ここではガラス基板１０１と接する面の被膜１１２を剥離している。この実施の形態では、板状金属部材１１１に上述したＣＶＤ法で多数のナノチューブ状繊維からなる被膜１１２を形成して面状電子放出源としたが、面状電子放出源の形成方法はこれに限られるものではない。例えば、ガラス基板１０１上に多数のナノチューブ状繊維を含むペーストを印刷して形成してもよいし、板状金属部材１１１に電気泳動法を用いてナノチューブ状繊維を付着させて形成してもよい。また、スプレーコーティング法を用いてもよい。これらの方法によっても電界放出型電子放出源となるナノチューブ状繊維が多数集まって構成された面状電子放出源を形成することができる。
【００１９】
前面リブ１０４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１０３内面の所定位置に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成して形成した直方体状の絶縁体で構成されている。この場合、前面リブ１０４は、５０μｍの幅と、導電膜１２１とメタルバック膜１０６の間が２．０〜４．０ｍｍとなる高さとを有するように形成され、前面リブ１０４に挟まれた領域に配置される蛍光体膜１０５の幅が０．３ｍｍとなるようにリブ間隔が設定されている。なお、前面リブ１０４は、これに限られるものではなく、前面リブ１０４の幅は隣接するメタルバック膜１０６間や導電膜１２１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、高さはメタルバック膜１０６に印加する電圧に合わせて変更してもよい。また、リブ間隔も必要に応じて変更してもよい。
【００２０】
蛍光体膜１０５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１０３の内面に各色の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、幅０．１〜１．０ｍｍの蛍光体膜に形成したものである。この場合、蛍光体膜１０５には、赤（Ｒ）に用いる赤色発光蛍光体を用いた赤色発光蛍光体膜１０５Ｒ、緑（Ｇ）に用いる緑色発光蛍光体を用いた緑色発光蛍光体膜１０５Ｇ及び青（Ｂ）に用いる青色発光蛍光体を用いた青色発光蛍光体膜１０５Ｂがあり、これらの蛍光体膜は前面リブ１０４に挟まれて、赤色発光蛍光体膜１０５Ｒ、緑色発光蛍光体膜１０５Ｇ、青色発光蛍光体膜１０５Ｂの順番で所定数が配置されている。
【００２１】
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に用いる各蛍光体膜１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂにはブラウン管等で一般的に使用されている、４〜１０ＫＶの高電圧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ることができる。ここでは、カラー表示用に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色を発光するため３種類の蛍光体膜を用いたが、これに限られるものではなく、モノクロ表示用に１種類の蛍光体膜を用いるようにしてもよい。メタルバック膜１０６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。
【００２２】
電子引き出し電極となる導電膜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絶縁基板１２０にスクリーン印刷した後、焼成して形成する。また、電子通過孔１２２は、導電膜１２１が形成された絶縁基板１２０の所定位置に炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ又はサンドブラスト法などを用いて形成する。ここでは、絶縁基板１２０として厚さ０．０５ｍｍのガラス基板を用いた。なお、電子通過孔１２２は１画素当たり１個に限られるものではなく、メッシュ構造や口径２０〜１００μｍの多数の円形開口部を設けるなど他の形状であってもよい。
【００２３】
次に、この平面ディスプレイの動作について説明する。
この平面ディスプレイは、電子引き出し電極となる導電膜１２１と電子放出源１１０の間に、導電膜１２１側が正の電位となるように電位差を設けることにより、導電膜１２１と電子放出源１１０が交差した部分にある電子放出源１１０の被膜１１２を構成するナノチューブ状繊維に電界が均一に印加されて、ナノチューブ状繊維から電子が引き出され、絶縁基板１２０の電子通過孔１２２から放出される。このため、メタルバック膜１０６に正電圧（加速電圧）が印加されていると、電子通過孔１２２から放出された電子がメタルバック膜１０６に向かって加速され、さらにメタルバック膜１０６を透過して蛍光体膜１０５に衝突し発光させる。
【００２４】
よって、例えば、電子引き出し電極となる導電膜１２１を行方向に所定数設け、電子放出源１１０を列方向に所定数設けた構成とした場合において、メタルバック膜１０６に正電圧（加速電圧）を印加した状態で、アクティブ行の導電膜１２１に所定の正電圧を印加しておき、アクティブ行の発光させる画素に対応する列の電子放出源１１０に対して所定の負電圧を印加するという動作を１行目から所定行目の導電膜１２１まで順次行うことにより、ドットマトリクス表示をさせることができる。なお、負電圧を印加しない電子放出源１１０とアクティブ行以外の導電膜１２１は０Ｖにしておく。
【００２５】
この実施の形態の平面ディスプレイによれば、電子引き出し電極が１枚の絶縁基板１２０上に形成された帯状の導電膜１２１で構成されており、この絶縁基板１２０が前面リブ１０４と電子放出源１１０とによって挟まれて大気圧により押しつけられ固定されているため、電子引き出し電極となる導電膜１２１と電子放出源１１０との間隔を一定にすることができるので、容易に各画素の輝度を均一化することができる。また、画面が大型化して電子引き出し電極が長くなっても膨張による寸法変化や振動現象が発生しないので、精細な表示を得ることができる。
【００２６】
また、電子引き出し電極が１枚の絶縁基板１２０への厚膜印刷で形成できるので、従来の格子状金属電極を用いた電子引き出し電極に比べて製造が容易であり、部材コストも低減できる。さらに、電子放出源１１０上に電子引き出し電極が形成された絶縁基板１２０を１枚配置するだけで電子引き出し電極の配置が完了するので、平面ディスプレイの組立が容易になる。また、電子引き出し電極と電子放出源１１０との間隔が絶縁基板１２０の厚さのみで決まるので、この間隔を所定の距離に制御することが容易である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の平面ディスプレイは、導電膜と電子通過孔とを有する絶縁基板を蛍光体膜と電子放出源との間に配置し、この導電膜を電子引き出し電極としたので、表示画面を大型化して電子引き出し電極が長くなっても従来の金属板を用いた電子引き出し電極のような膨張による寸法変化や振動現象が発生せず、精細な表示を得ることができる。また、蛍光体膜、電子放出源及び導電膜を帯状とし、蛍光体膜を互いに平行に複数配置し、電子放出源を蛍光体膜の配置方向と直交する方向に複数配置し、導電膜を蛍光体膜に対応して複数配置し、電子通過孔を蛍光体膜と電子放出源とが交差する領域内に配置したので、精細なドットマトリクス表示を得ることができる。
【００２８】
また、蛍光体膜間にはフロントガラス面から直方体状の絶縁体からなる前面リブが垂設され、絶縁基板は前面リブと電子放出源に挟まれているので、絶縁基板の厚さにより電子引き出し電極となる導電膜と電子放出源との間隔を一定にすることができ、容易に各画素の輝度を均一化することができる。また、蛍光体膜は、表面に陽極となるメタルバック膜を有するので、電子通過孔から放出された電子が加速されて蛍光体膜を衝撃・励起するため輝度がより向上する効果が得られる。
【００２９】
また、絶縁基板をガラス基板としたので、大型化や薄膜化が容易でかつ安価にできる効果が得られる。電子放出源を電界放出型電子放出源としたので、フィラメントカソードを用いた電子放出源のように長さの制約を受けないため、表示画面の大型化が容易である。また、電界放出型電子放出源を多数の電子放出源からなる面状電子放出源としたことにより、フィラメントカソードを用いた電子放出源のような線状電子放出源に比べて放出される電子を多くできるので高輝度化が容易である。面状電子放出源を板状金属部材の表面に配置された多数のナノチューブ状繊維からなる被膜で構成したので、従来のカーボンナノチューブを用いた電子放出源のように一部の電子放出源に電界が集中して輝度が不均一となることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる平面ディスプレイの画素構成を示す部分分解斜視図である。１画素の構造を示す断面図である。
【図２】図１の１画素の構造を示す断面図である。
【図３】従来の平面ディスプレイの画素構成を示す部分分解斜視図である。
【符号の説明】
１０１…ガラス基板、１０２…基板リブ、１０３…フロントガラス、１０４…前面リブ、１０５…蛍光体膜、１０５Ｂ…青色発光蛍光体膜、１０５Ｇ…緑色発光蛍光体膜、１０５Ｒ…赤色発光蛍光体膜、１０６…メタルバック膜、１１０…電子放出源、１１１…板状金属部材、１１２…被膜、１２０…絶縁基板、１２１…導電膜、１２２…電子通過孔。

Claims

少なくとも一部が透光性を有するフロントガラスとこのフロントガラスに対向配置された基板とを含みかつ内部が真空排気された外囲器と、
この外囲器内の前記フロントガラス面に配置された蛍光体膜と、
前記外囲器内の前記基板面に配置された電子放出源と、
前記蛍光体膜と対向した面に形成された所定電圧が印加可能な導電膜と電子通過孔とを有し、前記蛍光体膜と前記電子放出源との間に配置された絶縁基板と、
前記基板の前記フロントガラスと対向する面上に互いに平行に所定間隔で垂設された複数の基板リブと
を備え、
前記電子放出源は、帯状の形状を有し、前記基板上の前記基板リブに挟まれた領域に配設され、
前記基板リブの前記基板の主表面に対して垂直な方向の高さは、前記電子放出源の前記垂直な方向の高さ以下であり、
前記電子放出源は、多数の貫通孔を有しナノチューブ状繊維の生成核となる板状金属部材と、この金属部材の表面及び貫通孔壁に配置された多数のナノチューブ状繊維からなる被膜とから構成されている
ことを特徴とする平面ディスプレイ。
前記蛍光体膜は、帯状で互いに平行に複数配置され、
前記電子放出源は、帯状で前記蛍光体膜の配置方向と直交する方向に複数配置され、
前記導電膜は、帯状で前記蛍光体膜に対応して複数配置され、
前記電子通過孔は、前記蛍光体膜と前記電子放出源とが交差する領域内に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の平面ディスプレイ。
前記蛍光体膜間には、前記フロントガラス面から直方体状の絶縁体からなる前面リブが垂設され、
前記絶縁基板は、前記前面リブと前記電子放出源に挟まれている
ことを特徴とする請求項２記載の平面ディスプレイ。
前記蛍光体膜は、
表面に陽極となるメタルバック膜を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の平面ディスプレイ。
前記絶縁基板は、
ガラス基板であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の平面ディスプレイ。
前記電子放出源は、
電界放出型電子放出源であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の平面ディスプレイ。
前記電界放出型電子放出源は、
多数の電子放出源からなる面状電子放出源であることを特徴とする請求項６記載の平面ディスプレイ。