WO2004008474A1

WO2004008474A1 - 画像表示装置

Info

Publication number: WO2004008474A1
Application number: PCT/JP2003/008743
Authority: WO
Inventors: Masayuki Yoshii; Takeo Ito; Hajime Tanaka
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2004-01-22
Also published as: JP2004047368A; KR100680090B1; US20060043878A1; EP1544891A1; TW200403702A; CN1669106A; TWI243392B; KR20050011010A

Abstract

　この画像表示装置は、メタルバック層の外周縁を囲むように接地部との間に配置された高抵抗ギャップ部を有し、かつこの高抵抗ギャップ部が１．０～１５．０μｍの表面粗さを有する。また、この高抵抗ギャップ部が１×１０９～１×１０１５Ω／□の表面抵抗率を持つ高抵抗被覆層を有する。さらに、これらの高抵抗ギャップ部を、内側から外側に向って順に表面粗さあるいは表面抵抗率が大きくなるように配置された複数の領域から構成することができる。メタルバック層の外周縁部からの沿面の放電が抑制され、電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化が防止される。

Description

明細書画像表示装置技術分野

本発明は画像表示装置に係わり、特にメタルバック層の外周縁部からの放電が抑制され、耐圧特性に優れた画像表示装置に関する。背景技術

近年、次世代の画像表示装置として、多数の電界放出型電子放出素子を備えたフィールドェミッションディスプレイ（以下、 F E D と記す。）と呼ばれる平面型の画像表示装置が開発されている。なお、 F E Dのうちで、特に表面伝導型の電子放出素子を有する表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（S E D) とも呼ばれているが、本発明においては、 S E Dをも含む総称として、 F E Dという語を用いるものとする。

一般に F EDは、蛍光面を備えた前面基板（フェースプレート）と電子放出素子を有する背面基板（リアプレート）とが、所定の間隙をおいて対向して配置された構造を有し、前面基板と背面基板は、周縁部が矩形枠状の側壁を介して接合されて真空外囲器を構成している。真空外囲器の內部は、気圧が 1 0— ⁴ P a より低い高真空度に保持されている。また、前面基板と背面基板との間には、これらの基板に加わる大気圧による荷重を支えるために、複数の支持部材が配置されている。

前面基板の蛍光面は、ガラス基板の内面に赤（R) 、緑（G) 、青 (B) の 3色の蛍光体層と光吸収層がそれぞれ形成され、その上にアルミニゥム薄膜などのメタルバック層が形成された構造を有している。そして、このような蛍光面のメタルバック層にァノ一ド電圧が印加され、そのァノード電圧によって、電子放出素子から放出された電子が加速される。加速された電子のビームが蛍光面に衝突し、各色の蛍光体が励起され発光する。こうして画像が表示される。

このような構造を有する F E Dでは、前面基板と背面基板との隙間を数 m m以下に設計することができるので、陰極線管（C R T ) 方式の画像表示装置と比較して、大型化、薄型化および軽量化を達成することができる。

しかしながら、 F E Dでは、前面基板と背面基板との間の極めて狭い間隙に 1 0 k V前後の高電圧が印加され、強電界が形成されるため、長時間画像を形成すると放電（真空アーク放電）が生じやすいという問題があった。

また、前面基板においては、省スペース化のために、高電圧が印加されるメタルバック層と外側の接地部分との間に幅が 5 m m程度の間隔が保たれており、この部分のガラス基板が高抵抗のギャップ部分として機能している。この高抵抗ギャップ部にも強電界が形成されるため、放電が生じるおそれがあった。

そして、異常放電が発生すると、数 Aから数 1 0 O Aに及ぶ大きな放電電流が瞬時に流れるため、カソード部の電子放出素子ゃァノード部の蛍光面が破壊され、あるいは損傷を受けるおそれがあった。

一方、万一放電が発生しても電子放出素子などに影響を及ぼすことがないように、放電の規模を抑制する対策も考えられている。例えば、蛍光面に設けられたメタルバック層に切り欠きを設け、蛍光面のィンダクタンスゃ抵抗を高める技術が開示されている（特開 2 0 0 0— 3 1 1 6 4 2号公報参照）。

しかし、この方法は、メタルバック層の外周縁部からの放電に対してはほとんど抑制効果がなかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、メタルバック層の外周縁部からの放電を抑制することにより、電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化を防止し、高輝度、高品位の表示を可能とした画像表示装置を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の第 1の態様は画像表示装置であり、電子を放出する電子源を有するカソード基板と、該カソ一ド基板と対向して配置されたァノード基板とを備えている。そして、前記アノード基板が、透光性基板と、該透光性基板の周縁部に形成された接地部と、前記透光性基板の内面に形成され前記電子源から放出される電子により励起されて発光する蛍光体層と、前記電子を加速するために高電圧が印加されるメタルバック層、および該メタルバック層の外周縁を囲むように前記接地部との間に配置された高抵抗部をそれぞれ有し、前記高抵抗部が、 1 . 0〜1 5 . 0 μ mの表面粗さを有することを特徴とする。

本発明の第 2の態様は画像表示装置であり、電子を放出する電子源を有する力ソード基板と、該カソ一ド基板と対向して配置されたァノード基板とを備えている。そして、前記アノード基板が、透光性基板と、該透光性基板の周縁部に形成された接地部と、前記透光性基板の内面に形成され前記電子源から放出される電子により励起されて発光する蛍光体層と、前記電子を加速するために高電圧が印加されるメタルバック層、および該メタルバック層の外周縁を囲むように前記接地部との間に配置された高抵抗部をそれぞれ有し、前記高抵抗部が、 1 X 1 0 ⁹〜 1 X 1 0 ^{1 5} Ω / D ( square ；以下同じ。）の表面抵抗率を持つ高抵抗被覆層を有することを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の画像表示装置を F E Dに適用した第 1の実施形態を示す断面図である。

図 2は、第 1 の実施形態における前面基板の内面の構成を示す平面図である。

図 3は、本発明の第 2の実施形態における前面基板の内面の構成を拡大して示す平面図である。

図 4は、本発明の第 3の実施形態における前面基板の内面の構成を拡大して示す平面図である。

図 5は、本発明の第 4の実施形態において、前面基板の内面の構成を拡大して示す平面図である。

図 6は、本発明の第 5の実施形態において、前面基板の内面の構成を拡大して示す平面図である。発明を実施するための形態

次に、本発明の表示装置を F E Dに適用した実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

この F E Dは、図 1に示すように、それぞれ矩形状のガラス基板を有する背面基板（リアプレート） 1 と前面基板（フェースプレート） 2を備えている。これらの基板は、所定の間隔（例えば 2 m m ) をおいて対向して配置され、それぞれ周端部が、ガラスからなる矩形枠状の側壁 (支持枠） 3を介して接合され、真空外囲器 4を形成している。さらに、真空外囲器 4内には、基板間の間隙を維持するために、多数のスぺ一サ (図示を省略。）が所定の間隔をおいて配置されている。スぺーサは板状あるいは柱状に形成されている。

背面基板 1の内面には、蛍光体を励起するための電子ビームを放出する表面伝導型電子放出素子が多数形成された電子発生源 5が、取付けられている。

前面基板 2の内面には、蛍光体スクリーン 6が形成されている。蛍光体スクリーン 6は、ストライプ状あるいはドット状に形成された黒色顔料（例えば黒鉛）から成る光吸収層と赤（R) 、青（B) 、緑（G) 3 色の蛍光体層とを有し、蛍光体層の上に、アルミニウム薄膜などのメタルバック層 7が形成されている。

前面基板 2においては、図 2に示すように、メタルバック層 7の外周縁部と外側の接地部 8 との間に、幅 5 mm程度の高抵抗ギヤップ部 9が存在する。そして、第 1の実施形態では、高抵抗ギャップ部 9において, ガラス基板の表面（内面）が 1. 0〜 1 5. 0 μ mの表面粗さ（表面平均粗さ R a ) を有している。このような表面粗さは、ガラス基板の表面にサンドブラストのような粗面化処理を施すことにより形成されている _c なお、図中符号 1 0は、メタルバック層 7へのアノード電圧供給部を示し、符号 1 1は電極としての機能を有する導電層を示す。導電層 1 1 は黒鉛から成る光吸収層と同一のものとすることができる。

高抵抗ギヤップ部 9の表面粗さを前記範囲に限定したのは、以下に示す理由による。すなわち、高抵抗ギャップ部 9の表面粗さが 1. 0 m 未満の場合には、沿面距離を延ばすことによって放電を抑制する効果がほとんどなく、反対に表面粗さが 1 5. Ο μ ιηを超えると、前面基板 2 (ガラス基板）の熱応力および曲げ応力が不十分となり、歩留まりが低下するためである。

このように構成される第 1の実施形態では、ガラス基板の表面に粗面化の処理が施されることにより、高抵抗ギャップ部 9が 1. 0〜 1 5. 0 / mの表面粗さを有しているので、従来からの表面平滑な高抵抗ギヤップ部を有する画像表示装置に比べて、メタルバック層 7の外周縁部から接地部 8への面に沿った距離（沿面距離）が長くなる。その結果, メタルバック層の外周縁部からの沿面放電が抑制され、耐圧特性が向上する。したがって、電子放出素子や蛍光面の破壊，損傷や劣化が防止され、長期に亘つて安定した良好な表示特性が得られる。

次に、本発明の第 2乃至第 6の実施形態について説明する。

図 3は、第 2の実施形態の要部（高抵抗ギャップ部およびその近傍。図 2における A部に相当する。）を拡大して示す平面図であり、図 4は第 3の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。

第 2および第 3の実施形態においては、図 3および図 4にそれぞれ示すように、高抵抗ギャップ部 9が、メタルバック層 7を囲むように相似的に配置された複数の領域 9 a、 9 b、 9 c (図 3では 2つの領域、図 4では 3つの領域）を有し、各領域はそれぞれ 1 . 0〜 1 5 . 0 μ ηχ の表面粗さを有している。そして、これらの領域を、メタルバック層の外周縁に近い内側から外側に向って第 1の領域 9 a、第 2の領域 9 b、第 3の領域 9 c とし、各領域の表面粗さをそれぞれ R l、 R 2、 R

3 とすると、 R 1 < R 2< R 3 となっている。なお、第 2および第 3の実施形態において、その他の部分は第 1の実施形態と同様に構成されているので、説明を省略する。

このように構成される第 2および第 3の実施形態では、メタルバック層 7の外周縁部からの面に沿っての放電（沿面放電）力第 1の実施形態に比べてさらに効果的に抑制され、耐圧特性が向上する。

図 5は、第 4の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。この実施形態においては、メタルバック層 7の外周縁部と接地部 8 との間の高抵抗ギヤップ部 9力 S、ガラス基板の内面に、 1 X 1 0 ⁹〜； ί Χ 1 0 ^{1 5} Ω /口の表面抵抗率を持つ高抵抗層 1 2を有している。なお、その他の部分は第 1の実施形態と同様に構成されているので、説明を省略する。

ここで、 1 Χ 1 0⁹〜 1 Χ 1 0^{1 5} Ω/口の表面抵抗率を有する高抵抗層 1 2 としては、 A l 、 I n、 S n、 B i 、 S i 、 S bから選ばれる少なくとも 1種の金属等の酸化物の層を挙げることができる。また、 A 1 Nのような金属窒化物の層を用いることもできる。この高抵抗層 1 2の厚さは、 2 0 0〜 5 0 0 nmとするのが好ましい。

高抵抗層 1 2 として、 A l 、 I n、 S n、 B i 、 S b等の金属の酸化物層を形成するには、例えば以下に示す方法を採ることができる。すなわち、 5 X 1 0 _ ⁵〜 3 X 1 0— ⁴Torr ( 6. 7 X 1 0— ³〜 4. 0 X 1 0 -² P a ) の高真空度で、プラズマ放電のもとに酸素を 0. 5〜 4 L/ 分の割合で導入しながら、 A 1 、 I n、 S n、 B i 、 S b ( * ? ) の金属を蒸着する。こうして、導入された酸素を活性イオン化し、活性ィオン化された酸素で蒸着物を連続的に酸化することにより、前記した金属の酸化物層を形成することができる。そして、酸素導入量を調整することで、形成される金属酸化物層の表面抵抗率の値をコントロールすることができる。

なお、蒸着方法としては、高周波誘導加熱蒸着法、電気抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法、スパッタリング蒸着法あるいはイオンプレーティング蒸着法などを適用することができる。

また、 S i酸化物や A 1 Nから成る層を形成するには、スパッタリングなどの方法を採ることができる。

このように構成される第 4の実施形態では、メタルバック層 7の外周縁部と接地部 8 との間に配置された高抵抗ギヤップ部 9が、 1 X 1 0⁹ 〜 1 X 1 0 ^{1 5} Ω/口の高い表面抵抗率を持つ高抵抗層 1 2を有しているので、メタルバック層 7の外周縁部からの沿面放電が抑制され、耐圧特性が向上する。したがって、電子放出素子や蛍光面の破壊 · 損傷や劣化が防止され、安定した良好な表示特性を有する画像表示装置を得ることができる。

図 6は、第 5の実施形態の要部を拡大して示す平面図である。第 5の実施形態においては、高抵抗ギャップ部 9が、メタルバック層 7を囲むように相似的に配置された複数の領域（図 6では 2つの領域）を有し、各領域はそれぞれ 1 X 1 0 ⁹〜 1 X 1 0 ^{1 5} Ω Ζ口の高い表面抵抗率を持つ高抵抗層 1 2 a、 1 2 bを有している。そして、これらの領域を、メタルバック層 7の外周縁に近い内側から外側に向って第 1 の領域、第 2 の領域とし、第 1の領域の高抵抗層 1 2 aの表面抵抗率を r 1、第 2の領域の高抵抗層 1 2 bの表面抵抗率を r 2 とすると、 r 1く r 2 となっている。

このように構成される第 5の実施形態では、メタルバック層 7の外周縁部からの沿面放電が第 4の実施形態に比べてさらに効果的に抑制され、耐圧特性が向上する。

さらに、第 6の実施形態においては、メタルバック層の外周縁部と接地部との間の高抵抗ギャップ部が、以下に示すように構成されている。すなわち、高抵抗ギャップ部のガラス基板が、サンドブラストのような粗面化処理により、 1 . 0〜 1 5 . 0 μ mの表面粗さを有しており、さらにその上に、 1 X 1 0 ⁹〜： I X 1 0 ^{1 5} Ω /口の表面抵抗率を有する高抵抗層が形成されている。高抵抗層の形成は、第 5の実施形態と同様にして行うことができる。

このように構成される第 6の実施形態では、メタルバック層の外周縁部からの沿面放電が、前記した第 1乃至第 5の実施形態に比べてより効果的に抑制され、極めて優れた耐圧特性を有する。

次に、具体的実施例について説明する。実施例 1

A 1膜（メタルバック層）の形成予定部の外周縁部と、外側の接地部分との問の高抵抗ギヤップ部において、予めガラス基板の表面にサンドブラスト処理を施し、表面粗さ（表面平均粗さ R a ) を 6 / mとした。次いで、ガラス基板上にフォトリソ法により黒色顔料からなるストライブ状の光吸収層を形成した後、遮光部と遮光部との間に、赤（R) 、緑（G) 、青（B) の 3色のストライプ状の蛍光体層を、それぞれが隣り合うように形成した。各色の蛍光体層のパターユングは、フォトリソ法により行った。こうして蛍光面を形成した。

次に、蛍光面の上にメタルバック層を形成した。すなわち、蛍光面上にアタリル樹脂を主成分とする有機樹脂溶液を塗布し乾燥して有機樹脂層を形成した後、その上に真空蒸着により A 1膜（厚さ l O O n m) を形成し、次いで 4 5 0°Cの温度で 3 0分間加熱 ' 焼成し、有機分を分解して除去した。

次に、こうしてメタルバック層が形成された蛍光面を有するガラス基板を、フェースプレートとして使用し、常法により F EDを作製した。まず、基板上に表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に多数形成した電子発生源を、ガラス基板に固定し、リアプレートを作製した。次いで、このリアプレートと前記フェースプレートとを、支持枠およびスぺーサを介して対向 ' 配置し、フリットガラスを用いて封着した。フェースプレートとリアプレートとの間隙は 2 mmとした。次いで、真空排気、封止など必要な処理を施し、 F EDを完成した。

こうして得られた F E Dについて、耐圧特性を測定した。耐圧特性の測定では、メタルバック層と接地部との間に電圧を印加し、メタルバック層の外周縁部から接地部への沿面放電が生じるまでの最大電圧を測定した。そして、この最大電圧値を沿面耐圧とした。実施例 1の沿面耐圧値は 8 . O k Vであった。ガラス基板に粗面化処理を施こさない従来構造のものの沿面耐圧値が 4 . O k Vであるので、実施例 1で耐圧特性が大幅に向上していることがわかった。

実施例 2

蛍光面に A 1膜を形成した後、 A 1膜（メタルバック層）の外周縁部と接地部分との間の高抵抗ギヤップ部において、ガラス基板の表面に、 5 X 1 0 ^{1 2} Ωノロの表面抵抗率を有する A 1 酸化物からなる高抵抗層を形成した。高抵抗層の形成は、高真空度でプラズマ放電のもとに酸素を導入しながら A 1 を蒸着することにより行った。

次に、このようなメタルバック付き蛍光面を有するガラス基板をフェースプレートとして使用し、実施例 1 と同様にして F E Dを作製した。

こうして得られた F E Dの耐圧特性を、実施例 1 と同様にして測定したところ、放電に至らない最大電圧（沿面耐圧）値は 1 1 k Vであった _c 実施例 1 より耐圧特性がいっそう向上していることがわかった。

実施例 3

実施例 1 と同様に、蛍光面に A 1膜を形成する前に、 A 1膜（メタルバック層）の形成予定部の外周縁部と外側の接地部分との間の高抵抗ギヤップ部において、ガラス基板の表面にサンドプラスト処理を施し、表面平均粗さ R a を 6 μ mとした。次いで、蛍光面に A 1膜を形成した後、表面粗さ R aが 6 /i mに粗面化されたガラス基板の上に、 A 1酸化物からなる 5 X 1 0 ^{1 2} Ω Ζ口の表面抵抗率を有する高抵抗層を形成した。高抵抗層の形成は、高真空度でプラズマ放電のもとに酸素を導入しながら A 1 を蒸着することにより行った。

こうして得られた F E Dの耐圧特性を、実施例 1 と同様にして測定したところ、放電に至らない最大電圧（沿面耐圧）値は 1 6 k Vであり、実施例 1および実施例 2より大幅に向上しており、極めて優れた耐圧特性を有することがわかった。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明によれば、前面基板におけるメタルバック層の外周縁部からの沿面部分の放電が抑制されるので、電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化が防止され、高輝度、高品位の表示が可能な画像表示装置を得ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 電子を放出する電子源を有する力ソード基板と、該カソード基板と対向して配置されたァノード基板とを備えた画像表示装置であり、前記アノード基板が、透光性基板と、該透光性基板の周縁部に形成された接地部と、前記透光性基板の内面に形成され前記電子源から放出される電子により励起されて発光する蛍光体層と、前記電子を加速するために高電圧が印加されるメタルバック層、および該メタルバック層の外周縁を囲むように前記接地部との間に配置された高抵抗部をそれぞれ有し、

前記高抵抗部が、 1 . 0〜 1 5. 0 μ mの表面粗さを有することを特徴とする画像表示装置。

2. 前記高抵抗部が、 1 . 0〜 1 5. 0 / mの表面粗さを有する複数の領域から成り、かつこれらの領域が、前記メタルバック層の外周縁に近い内側から外側に向って順に表面粗さが大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項 1記載の画像表示装置。

3. 電子を放出する電子源を有する力ソード基板と、該カソード基板と対向して配置されたァノード基板とを備えた画像表示装置であり、前記アノード基板が、透光性基板と、該透光性基板の周縁部に形成された接地部と、前記透光性基板の内面に形成され前記電子源から放出される電子により励起されて発光する蛍光体層と、前記電子を加速するために高電圧が印加されるメタルバック層、および該メタルバック層の外周縁を囲むように前記接地部との間に配置された高抵抗部をそれぞれ有し、

前記高抵抗部が、 1 X 1 0 ⁹〜： ί Χ Ι Ο ^ ΩΖ口（square ; 以下同じ。）の表面抵抗率を持つ高抵抗被覆層を有することを特徴とする画像表示装置。

4、前記高抵抗部が 1 . 0〜 1 5 . 0 // mの表面粗さを有する粗面部を有し、該粗面部の上に前記高抵抗被覆層が形成されていることを特徴とする請求項 3記載の画像表示装置。

5 . 前記高抵抗部が、 1 X 1 0 ⁹〜： I. X 1 0 ^{1 5} Ω /口の表面抵抗率を持つ高抵抗被覆層を有する複数の領域から成り、かつこれらの領域が、前記メタルバック層の外周縁に近い内側から外側に向って順に前記表面抵抗率が高くなるように配置されていることを特徴とする請求項 3または 4記載の画像表示装置。