JPWO2005096398A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

画像表示装置を構成する前面基板（１１）は、蛍光体スクリーンに重ねて設けられているとともに分割された複数の分割電極（３０）によって構成されたメタルバック層を有している。前面基板（１１）における第１領域（Ａｓ）においては、隣接する分割電極（３０）間に第１ギャップ（ｇｓ）が形成されている。第１領域（Ａｓ）の周辺の第２領域（Ａｅ）においては、隣接する分割電極（３０）間に第１ギャップ（ｇｓ）より大きな第２ギャップ（ｇｅ）が形成されている。第２領域（Ａｅ）は、その少なくとも一部に、第１領域（Ａｓ）より低抵抗の領域（Ａｅｒ）を含むことを特徴とする。

Description

この発明は、画像表示装置、特に、対向配置された一対の基板を備えた平面型の画像表示装置に関する。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べ、蛍光面と対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進められている。電子放出素子には様々な種類があるが、いずれも基本的には電界放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、一般に、フィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれている。ＦＥＤの内、表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）とも呼ばれているが、本願においてはＳＥＤも含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤは、一般に、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。真空容器の内部は、真空度が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。また、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これらの基板の間には複数のスペーサが配設されている。

前面基板の内面には赤、青、緑の蛍光体層を含む蛍光面が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子を放出する多数の電子放出素子が設けられている。また、多数の走査線および信号線がマトリックス状に形成され、各電子放出素子に接続されている。蛍光面にはアノード電圧が印加され、電子放出素子から出た電子ビームがアノード電圧により加速されて蛍光面に衝突することにより、蛍光体が発光し映像が表示される。

このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、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、軽量化、薄型化を達成することができる。

上記のように構成されたＦＥＤ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、更に、蛍光体の上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成した蛍光面を用いることが必要となる。この場合、蛍光面に印加するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ以上にすることが望まれる。

しかし、前面基板と背面基板との間の隙間は、解像度やスペーサの特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、ＦＥＤでは、前面基板と背面基板との小さい隙間に強電界が形成されることを避けられず、両基板間の放電が問題となる。

放電が起こると電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊あるいは性能劣化が引き起こされる。これらをまとめて放電ダメージと呼ぶことにする。ＦＥＤを実用化するためには、長期間に渡り、放電ダメージが発生しないようにしなければならない。しかし、これを実現するのは非常に難しい。

そこで、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路への影響を無視できるよう、放電電流を抑制するという対策が重要となる。このための技術として、蛍光面に設けられたメタルバックに切り欠きを入れてジグザグなどのパターンを形成し、蛍光面の実効的なインピーダンスを高める技術が開示されている（例えば、特開２０００−３１１６４２号公報参照）。また、メタルバックを分割し、抵抗部材を介して共通電極と接続することで高電圧を印加する技術が開示されている（例えば、特開平１０−３２６５８３号公報参照）。更に、メタルバックの分割部での沿面放電を抑制するために、分割部に導電性材料の被覆を設ける技術が開示されている（例えば、特開２０００−２５１７９７号公報参照）。

しかし、これらの技術により、放電電流を大幅に削減することはできるが、確実に目標値以下にすることはできない場合がある。電子放出素子やＦＥＤを駆動するドライバＩＣにとっての許容電流は実用的には数アンペア以下にすることが好適である。放電電流をこの許容電流以下に確実に抑えるためには、分割部の耐圧を高くし、分割部の抵抗と接続抵抗とを所望の値にすることが必要である。

しかし、その要求を実現するために都合の良い抵抗材料は見つかっていない。将来、仮に見つかったとしても、コスト、歩留まり等の点から、用いる抵抗材はできるだけ少なくし、また印刷等の形成プロセスの回数もできるだけ少なくすることが望まれる。しかし、従来の構造では、分割部及び接続抵抗の抵抗調整は別々の部材で行わざるをえず、このような要求に対応することはできなかった。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、前面基板と背面基板との間で発生する放電の放電電流を的確に制御し、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊や性能劣化を防止できる画像表示装置を提供することにある。

この発明の態様による画像表示装置は、
蛍光体層及び遮光層を含む蛍光体スクリーンと、前記蛍光体スクリーンに重ねて設けられているとともに分割された複数の分割電極によって構成されたメタルバック層と、前記メタルバック層に電圧を印加するための共通電極と、前記メタルバック層と前記共通電極とを接続する接続抵抗と、を有する前面基板と、
前記前面基板に対向して配置されているとともに、前記蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する電子放出素子が配置された背面基板と、を備えた画像表示装置であって、
前記前面基板における第１領域Ａｓにおいて、隣接する前記分割電極間に第１ギャップｇｓが形成され、
前記第１領域Ａｓの周辺の第２領域Ａｅにおいて、隣接する前記分割電極間に前記第１ギャップｇｓより大きな第２ギャップｇｅが形成され、
前記第２領域Ａｅは、その少なくとも一部に、前記第１領域Ａｓより低抵抗の領域Ａｅｒを含むことを特徴とする。

図１は、この発明の実施の形態に係る画像表示装置の一例を概略的に示す斜視図である。 図２は、図１に示した画像表示装置のＡ−Ａ線に沿った断面構造を概略的に示す図である。 図３は、この発明の実施の形態に係る画像表示装置の前面基板の構造を概略的に示す平面図である。 図４は、図３に示した前面基板の構造を概略的に示す断面図である。 図５は、図３に示した前面基板における分割電極と共通電極との接続関係を説明するための図である。 図６は、図３に示した前面基板における分割電極と接続抵抗との接続関係を説明するための図である。 図７は、分割電極の分割ピッチと画素ピッチとの関係を説明するための図である。

以下、この発明の一実施の形態に係る画像表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここでは、画像表示装置として、表面伝導型の電子放出素子を備えたＦＥＤを例にとって説明する。

図１及び図２に示すように、ＦＥＤは、１〜２ｍｍの隙間を置いて対向配置された前面基板１１及び背面基板１２を備えている。これらの前面基板１１及び背面基板１２は、それぞれ矩形状のガラス板を用いて構成されている。これらの前面基板１１及び背面基板１２は、矩形枠状の側壁１３を介して周縁部同士が接合され、内部が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。

真空外囲器１０は、前面基板１１と背面基板１２との間に、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持するための複数のスペーサ１４を備えている。このスペーサ１４は、板状あるいは柱状等の形状のものを採用可能である。

前面基板１１は、その内面に画像表示面を備えている。すなわち、画像表示面は、蛍光体スクリーン１５、蛍光体スクリーン１５上に配置されたメタルバック層２０などで構成されている。また、画像表示面は、必要に応じて、メタルバック層２０上に配置されたゲッタ膜２２を備えても良い。

蛍光体スクリーン１５は、赤、緑、青にそれぞれ発光する蛍光体層１６と、マトリクス状に配置された遮光層１７とで構成されている。メタルバック層２０は、例えばアルミニウムなどの導電性を有する材料によって形成され、アノード電極として機能する。このメタルバック層２０には、画像を表示する動作時に所定のアノード電圧が印加される。ゲッタ膜２２は、ガス吸着特性を持った金属膜によって形成され、真空外囲器１０の内部に残留したガス及び各基板からの放出ガスを吸着する。

背面基板１２は、その内面に表面伝導型の電子放出素子１８を備えている。この電子放出素子１８は、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６を励起するための電子ビームを放出する電子源として機能する。すなわち、複数の電子放出素子１８は、背面基板１２上において、画素毎に対応して複数列及び複数行に配列され、それぞれ蛍光体層１６に向けて電子ビームを放出する。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、電子放出素子１８を駆動するための多数本の配線２１は、背面基板１２の内面にマトリクス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

このようなＦＥＤでは、画像を表示する動作時においては、メタルバック層２０を介して画像表示面にアノード電圧を印加する。そして、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１５へ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起され、それぞれ対応する色に発光する。このようにして、画像表示面にカラー画像が表示される。

次に、上述したような構成のＦＥＤにおけるメタルバック層２０の詳細な構造について説明する。なお、ここではメタルバック層という用語を用いているが、この層は、金属（メタル）に限定されるものではなく、種々の材料を使うことが可能であるが、便宜上、メタルバック層という用語を用いる。

図３及び図４に示すように、蛍光体スクリーン１５は、それぞれ赤、青、緑に発光する多数の矩形状の蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を有している。これらの蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、主に、実質的に画像を表示する有効部４０に配置されている。前面基板１１において、長手方向を第１方向Ｘとし、これと直交する幅方向を第２方向Ｙとした場合、赤色蛍光体層１６Ｒ、緑色蛍光体層１６Ｇ、及び、青色蛍光体層１６Ｂは、第１方向Ｘに所定の隙間をおいて交互に配列されている。また、それぞれ同一色の蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、第２方向に所定の隙間をおいて配列されている。また、蛍光体スクリーン１５は、遮光層１７を有している。この遮光層１７は、前面基板１１の周縁に配置された矩形枠部１７ａ、及び、矩形枠部１７ａの内側で各蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の間に配置されたマトリクス部１７ｂを有している。

メタルバック層２０は、島状に分割された複数の分割電極３０によって構成されている。これらの分割電極３０は、主に蛍光体層１６上に配置され、第１方向Ｘに延在する細長い短冊状に形成されている。

有効部４０の外側には、共通電極４１が形成されている。この共通電極４１は、高圧供給部４２に接続されており、適当な手段により高圧供給部４２を介して高電圧が印加可能に構成されている。なお、高圧供給部４２を別途に設けるのではなく、共通電極４１の一部を高圧供給部とする（すなわち共通電極４１と高圧供給部４２とを一体に形成する）ことも可能である。

この共通電極４１は、各分割電極３０の延在方向（すなわち第１方向Ｘ）に対して直交する方向（すなわち第２方向Ｙ）に延在している。すなわち、共通電極４１は、短冊状の分割電極３０の一端部３０Ａ側及び他端部３０Ｂ側に、各分割電極３０と所定の間隔をおいてストライプ状に形成されている。

これらの共通電極４１と分割電極３０とは、接続抵抗４３を介して電気的に接続されている。すなわち、各分割電極３０の一端部３０Ａは、接続抵抗４３を介して共通電極４１と電気的に接続されているとともに、各分割電極３０の他端部３０Ｂも同様に、接続抵抗４３を介して共通電極４１と電気的に接続されている。

今、各分割電極３０で発生する電圧をＶｇａとし、各分割電極３０を接続する抵抗材の抵抗値をＲｇとする。また、隣接する分割電極３０の間での耐圧をＶｇｂとする。このとき、分割電極３０間での放電を抑制するためには、Ｖｇａ＜Ｖｇｂとしなければならない。この関係が成り立たない場合、隣接する分割電極３０間で放電が発生してしまい、放電電流が制御されずに増大してしまう。

電圧Ｖｇａは抵抗値Ｒｇを下げるほど小さくなる。しかし、抵抗値Ｒｇを小さくしすぎると、放電が発生した際に流れる放電電流Ｉｂｄが大きくなりすぎてしまう。検討の結果、耐圧Ｖｇｂを１．５ｋＶ以上にすることは目処が立たない。一方で、放電電流Ｉｂｄの目標値（許容値）は５Ａ以下で設定され、例えば３Ａに設定される。これより大きな放電電流を許容可能とすることは、例えば、ドライバＩＣのコストが著しく高くなってしまうなどの理由で困難である。

電気回路シミュレータを用いて検討した結果、分割電極間発生電圧Ｖｇａを１．５ｋＶ以下にするには、Ｒｇ＜１０ｋΩとする必要がある。また、放電電流Ｉｂｄを５Ａ以下にするには、Ｒｇ＞０．１ｋΩとする必要がある。つまり、抵抗材の抵抗値Ｒｇは、０．１ｋΩ乃至１０ｋΩの範囲内で選択可能である。この抵抗値の最適範囲は、画面サイズや画素数にも依存するが、その依存性は小さいので、この結果は一般化できる。

そこで、このような抵抗値Ｒｇの適正化と、耐圧Ｖｇｂとを両立する可能な構成について検討する。すなわち、この実施の形態では、図５に示すように、抵抗材５０を分割電極３０の少なくとも一端部に配置し、最適化すべき抵抗値Ｒｇを主として分割電極３０の端部で形成する。なお、図５では、分割電極３０の両端部に抵抗材５０を配置した例について説明するが、一端部のみに抵抗材５０を配置しても良い。また、抵抗材５０は、上述した接続抵抗４３と同一であっても良いし、別体であっても良い。さらに、分割電極３０の一方の端部のみが接続抵抗４３を介して共通電極４１と接続され、隣接する分割電極３０の他方の端部同士が抵抗材５０を介して接続されても良い。

必ずしも接続抵抗４３と抵抗材５０とを同時に形成する必要はないが、接続抵抗４３と抵抗材５０とを同一材料を用いて同時に形成する（あるいは接続抵抗４３及び抵抗材５０を一体的に形成する）ことにより、製造工程数を削減することができ、製造コストを低減することができる。

図５に示すように、前面基板１１内においては、第１領域Ａｓと、第２領域Ａｅとが規定されている。第１領域Ａｓは、上述した有効部４０に対応するものとしても良いし、有効部４０より小さい領域または大きい領域に対応するものとしても良い。第２領域Ａｅは、第１領域Ａｓの周辺部に対応するものとする。

第１領域Ａｓにおいては、隣接する分割電極３０間に第１ギャップｇｓが形成され、また、第２領域Ａｅにおいては、隣接する分割電極３０間に第１ギャップｇｓより大きな第２ギャップｇｅが形成されている。すなわち、分割電極３０は、第１領域Ａｓのみならず第２領域Ａｅまで延在している。このとき、共通電極４１は、第２領域Ａｅに配置されている。分割電極３０は、その中央部に比較的線幅が太い第１電極部３１、及び、その両端部（すなわち一端部３０Ａ及び他端部３０Ｂ）に第１電極部３１より線幅が細い第２電極部３２を有している。つまり、分割電極３０の一端部３０Ａ及び他端部３０Ｂは、第２領域Ａｅに配置されており、第２電極部３２を構成している。また、分割電極３０の第１電極部３１は、第１領域Ａｓに配置されている。換言すると、第１領域Ａｓは、分割電極３０の主に第１電極部３１が配置される領域に相当し、第２領域Ａｅは、分割電極３０の主に第２電極部３２が配置される領域に相当する。

このとき、隣接する分割電極３０の第１電極部３１の間には、第１ギャップｇｓが形成される。また、隣接する分割電極３０の第２電極部３２の間には、第２ギャップｇｅが形成される。この第２ギャップｇｅは、第１電極部３１より線幅の細い第２電極部３２間に形成される。このため、第２ギャップｇｅは、第１電極部３１間で形成される第１ギャップｇｓよりも大きい。このような構成とすることにより、分割電極の両端部において、隣接する分割電極との間のギャップを拡大することができ、これらの間での放電発生を抑制することが可能となる。

一方で、第２領域Ａｅは、その少なくとも一部に、第１領域Ａｓより低抵抗の領域Ａｅｒを含んでいる。領域Ａｅｒは、抵抗材５０により形成される。例えば、抵抗材５０は、低融点ガラスに高抵抗の金属酸化物を分散させたものをペーストとして印刷し、焼成することで形成される。

より詳細に説明すると、第２領域Ａｅにおいて、抵抗材５０を配置することで隣接する分割電極を電気的に接続したことにより、抵抗値Ｒｇは主としてこの第２領域Ａｅで形成されることになる。これにより、第１領域Ａｓにおいては、分割電極３０の間（すなわち第１電極部３１の間）での耐圧だけ考えればよくなる。また、第２領域Ａｅにおいては、抵抗材５０により抵抗値Ｒｇの調整に使用可能となる。抵抗材５０を分割電極３０の両端部に配置した場合、第２領域Ａｅにおいて形成される抵抗値Ｒｅは、
Ｒｅ＝（ρｓ・Ｗ／Ｌ）／２
で規定される。第１領域Ａｓ側において形成される抵抗値Ｒｓが第２領域Ａｅにおいて形成される抵抗値Ｒｅより十分高く設定された状態においては（Ｒｅ＜Ｒｓ）、Ｒｇ≒Ｒｅと近似される。ここで、ρｓは、抵抗材５０のシート抵抗である。ここで適用される抵抗材５０は、１Ｅ３〜１Ｅ５Ω／□程度のシート抵抗を有する材料で形成されることが望ましい。Ｗは、第２領域Ａｅにおける隣接する分割電極３０の間（すなわち第２電極部３２の間）のギャップに相当する。このＷは、分割電極３０間での耐圧Ｖｇｂで決定される。Ｌは、第１領域Ａｓから第２領域Ａｅに延在する分割電極３０の長さに相当する。このＬを調整することで、抵抗値Ｒｅを調整可能である。

このように、第２領域Ａｅにおいて、分割電極３０の第２電極部３２の長さＬを調整することによって抵抗値Ｒｅ（≒Ｒｇ）を最適な範囲に調整可能であるとともに、第２電極部３２の間のギャップＷを調整することによって耐圧Ｖｇｂを確保することが可能となる。

次に、実施の形態に係る変形例について説明する。
放電が発生した際に放電電流の過度の増大を防止するためには、分割電極３０の端部に配置された抵抗材５０の抵抗値は、０．５ＭΩ以上であることが要求される。しかしながら、抵抗値Ｒｇを所定範囲内に最適化しようとしたときに、抵抗値Ｒｇを低減する要求がある場合には、図５に示したようなベタ膜ではこれらの要求を両立することが極めて難しい。そこで、抵抗材５０は、その抵抗値を制御する所定パターンを有するように形成されている。

すなわち、図６に示すように、抵抗材５０は、その一部に開口６０が形成されたパターンを有している。この開口６０は、第２領域Ａｅにおいて、第２電極部３２と共通電極４１との間に形成されており、実質的にこれらの間を接続する抵抗材５０の幅を規制する。この開口６０の大きさ及び形状を調整することにより、抵抗材５０の抵抗値を容易に調整することが可能となる。なお、この開口６０は、抵抗材５０をスクリーン印刷により形成する際に、スクリーン上の遮蔽パターンによって形成可能である。

なお、上述した実施の形態において、分割電極３０の分割ピッチは、画素ピッチより大きいことが望ましい。すなわち、図７に示すように、分割ピッチＰ１とは、隣接する分割電極３０の中心３０Ｃ間の第２方向Ｙに沿った距離に相当する。画素ピッチＰ２とは、ここでは、隣接する蛍光体層１６の中心１６Ｃ間の第２方向Ｙに沿った距離に相当するものとする。分割ピッチＰ１が画素ピッチＰ２と同等である場合（すなわち１倍である場合）、隣接する分割電極３０間のギャップＷを十分に大きくすることはできない（つまり、十分な耐圧を確保することができない）おそれがある。一方で、分割ピッチＰ１が画素ピッチＰ２に対して大きいほど、放電が発生した際に流れる放電電流が増加する傾向にある。このため、分割ピッチＰ１は、少なくとも画素ピッチＰ２の２倍程度とすることが望ましく、また、多くとも３倍または４倍程度にとどめることが望ましい（図７では、分割ピッチＰ１が画素ピッチＰ２の２倍に相当する）。

以上述べたように、この実施の形態によれば、前面基板と背面基板との間で放電が生じた場合でもその際の放電電流を十分に小さくすることができ、放電ダメージを抑制可能な画像表示装置を提供することができる。さらに、これによりアノード電圧を上げたり、前面基板と背面基板との間のギャップを小さくしたりすることが可能となるので、輝度や解像度などの表示特性が向上した画像表示装置を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明によれば、前面基板と背面基板との間で発生する放電の放電電流を的確に制御し、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊や性能劣化を防止できる画像表示装置を提供することができる。

Claims (7)

1. 蛍光体層及び遮光層を含む蛍光体スクリーンと、前記蛍光体スクリーンに重ねて設けられているとともに分割された複数の分割電極によって構成されたメタルバック層と、前記メタルバック層に電圧を印加するための共通電極と、前記メタルバック層と前記共通電極とを接続する接続抵抗と、を有する前面基板と、
   前記前面基板に対向して配置されているとともに、前記蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する電子放出素子が配置された背面基板と、を備えた画像表示装置であって、
   前記前面基板における第１領域Ａｓにおいて、隣接する前記分割電極間に第１ギャップｇｓが形成され、
   前記第１領域Ａｓの周辺の第２領域Ａｅにおいて、隣接する前記分割電極間に前記第１ギャップｇｓより大きな第２ギャップｇｅが形成され、
   前記第２領域Ａｅは、その少なくとも一部に、前記第１領域Ａｓより低抵抗の領域Ａｅｒを含むことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１領域Ａｓにおいて形成される抵抗をＲｓ、前記第２領域Ａｅにおいて形成される抵抗をＲｅとしたとき、Ｒｅ＜Ｒｓであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記領域Ａｅｒは、前記接続抵抗と同一材料により形成された抵抗材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記領域Ａｅｒは、前記接続抵抗と一体に形成された抵抗材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記抵抗材は、その抵抗値を制御する所定パターンを有するように形成されたことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記抵抗材は、その一部に開口が形成された所定パターンを有することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記分割電極のピッチは、画素ピッチの２倍または３倍または４倍であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

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