WO2005038850A1

WO2005038850A1 - 画像表示装置

Info

Publication number: WO2005038850A1
Application number: PCT/JP2004/015117
Authority: WO
Inventors: Hirotaka Murata; Hiroaki Ibuki; Takashi Nishimura
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2005-04-28
Also published as: TWI241610B; US20060181194A1; CN1868023A; EP1681704A1; US7221085B2; KR20060064011A; JP2005123066A; TW200520003A; KR100761578B1

Abstract

　画像表示装置の前面基板（２）は、蛍光面（６）および蛍光面に重ねて設けられたメタルバック層を有している。前面基板と対向して配置された背面基板上には、蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子が配置されている。メタルバック層は、第１方向Ｘおよびこの第１方向と直交する第２方向Ｙに互いにそれぞれギャップｇ１、ｇ２をおいて複数の分割領域７ａに分断されている。ｇ１部のシート抵抗ρｇ１はｇ２部のシート抵抗ρｇ２よりも低く設定されている。

Description

明細書

画像表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、画像表示装置に係り、特に、電子放出素子を用いた平面型の画像表示装置に関する。

背景技術

[0002] 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'ェミッション '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）とも呼ばれている力本願におヽては SEDも含む総称として FEDと、う用語を用いる。

[0003] FEDは、一般に、所定のギャップを置、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支持部材が配設されている。

[0004] 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、電子放出素子力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。

[0005] このような FEDでは、前面基板と背面基板とのギャップを数 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。 [0006] 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、蛍光面に印加するァ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。

[0007] しかし、前面基板と背面基板との間のギャップは、解像度ゃスぺ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、 1一 2mm程度に設定する必要がある。したがつて、 FEDでは、前面基板と背面基板との小さいギャップ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。

[0008] 放電ダメージ抑制に関して何の対策も導入しないと、放電により電子放出素子、それにつながる薄膜電極、蛍光面、ドライバ、駆動回路の破壊や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。このようなダメージが起こる状況では、 FEDを実用化するためには、長期間に渡り、放電が絶対に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。

[0009] そこで、放電が起きても放電ダメージが発生しないか無視できるレベルに抑制できるように、放電電流を低減する対策が重要となる。このための技術として、特開 2000 -311642号公報には、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。また、特開平 10-326583号公報には、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。更に、特開 2000— 251797号公報には、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。特開 2003— 2429 11号公報には、メタルバックを分割あるいはパターンィ匕し、さらにメタルバックに抵抗性の材料を用いる技術が開示されて、る。

[0010] しかし、検討を続けた結果、従来技術のうち、実用性が高ぐ放電電流制限効果も大きいメタルバックを長手方向に分断する技術によっては、 3A程度までしか放電電流を低減することができな、ことがわ力つてきた。

[0011] これにより、蛍光面やドライバ ICの破損を防ぐことはできるようになった。しかし、電子源については、ほぼ確実にダメージを防げるものの、稀に電子放出素子を巻き込むような放電が起きた場合は、点欠陥ができるケースがあった。また、電子放出素子につながる薄膜電極の断線を抑制する対策のため、プロセスが増加し、コストアップにもなつていた。一方、ドライバめについても、 3A程度に対応するためには特殊な設計をしなければならず、コストアップ要因となっていた。したがって、一層、放電電流を減らすことのできる技術が切望されて、た。

発明の開示

[0012] 本発明は、このような課題を解決するためのものであり、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、従来技術より大幅に小さくすることのできる画像表示装置を提供することにある。

[0013] 上記課題を解決するため、本発明の態様に係る画像表示装置は、蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と、この蛍光面に重ねて設けられたメタルバック層と、を有した前面基板と、上記前面基板と対向して配置されているとともに、上記蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子が配置された背面基板と、を備え、上記メタルバック層は、上記蛍光面と対応する領域で、第 1方向に glのギャップ、第 1方向と直交する第 2方向に g2のギャップで分割されており、 gl <g2となっており、 gl部、 g2部のシート抵抗をそれぞれ p g! /0 ₈2としたとき、 p gK である。

[0014] さらに、上記 glのギャップ、 g2のギャップの抵抗をそれぞれ Rgl, Rg2としたとき、

0. 5≤ (Rgl/Rg2) ^1/2/ (gl/g2)≤ 2

である。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、この発明の第 1の実施形態に係る SEDを示す斜視図。

[図 2]図 2は、図 1の線 II IIに沿った上記 SEDの断面図。

[図 3]図 3は、上記 SEDにおける前面基板の蛍光面およびメタルバック層を示す平面図。

[図 4]図 4は、上記 SEDの蛍光面部分を示す平面図。

[図 5]図 5は、図 4の線 V— Vに沿った蛍光面等の断面図

[図 6]図 6は、図 4の線 VI— VIに沿った上記蛍光面等の断面図。

[図 7]図 7は、この発明の第 2の実施形態に係る SEDの蛍光面等を示す断面図。 [図 8]図 8は、この発明の第 3の実施形態に係る SEDの蛍光面等を示す断面図。発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、図面を参照しながら、この発明を適用した SEDの実施形態について詳細に説明する。

図 1および図 2に、この発明の実施形態に共通の SEDの構造を示す。この SEDは、それぞれ矩形状のガラスカゝらなる前面基板 2、および背面基板 1を備え、これらの基板は 1一 2mmのギャップを置いて対向配置されている。そして、前面基板 2および背面基板 1は、矩形枠状の側壁 3を介して周縁部同士が接合され、内部力 S10一⁴ Pa程度以下の高真空に維持された偏平な矩形状の真空外囲器 4を構成している。

[0017] 前面基板 2の内面には蛍光面 6が形成されている。この蛍光面 6は、赤、緑、青に発光する蛍光体層とマトリックス状の遮光層とで構成されている。蛍光面 6上には、ァノード電極として機能するメタルバック層 7が形成されている。表示動作時、メタルバック層 7には所定のアノード電圧が印加される。蛍光面の詳細な構造は後述する。

[0018] 背面基板 1の内面上には、蛍光体層を励起するための電子ビームを放出する多数の電子放出素子 8が設けられている。これらの電子放出素子 8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。電子放出素子はマトリックス状に配設された配線（図示せず）により駆動される。また、背面基板 1および前面基板 2の間には、これらの基板に作用する大気圧を支持するため、板状あるいは柱状に形成された多数のスぺーサ 10が配置されている。

蛍光面 6にはメタルバック層 7を介してアノード電圧が印加され、電子放出素子 8から放出された電子ビームはアノード電圧により加速され蛍光面 6に衝突する。これにより、対応する蛍光体層が発光し画像が表示される。

[0019] 図 3に、この発明の実施形態に共通の、前面基板 2、特に蛍光面 6の構造を示す。

蛍光面 6は、赤、青、緑に発光する多数の矩形状の蛍光体層 R、 G、 Bを有している。前面基板 2の長手方向を第 1方向 X、これと直交する幅方向を第 2方向 Yとした場合、蛍光体層 R、 G、 Bは、第 1方向 Xに所定のギャップをおいて繰り返し配列され、第 2 方向には同一色の蛍光体層が所定のギャップをおいて配列されている。なお、所定のギャップと、つても製造誤差の範囲内であるいは設計の微調整の範囲内で変化しており一定値であるとは限らない。また、蛍光面 6は遮光層 22を有している。この遮光層 22は、前面基板 2の周縁部に沿って延びた矩形枠部 22a、および矩形枠部の内側で蛍光体層 R、 G、 Bの間をマトリックス状に延びたマトリックス部 22bを有している。

[0020] 次に、図 4ないし図 6を参照しながら、本発明の第 1の実施形態について詳細に説明する。図 4は蛍光面 6の平面図、図 5、図 6はそれぞれ、蛍光面 6の X方向および Y 方向の断面図である。

[0021] 以後、寸法の目安のため、画素（R、 G、 Bまとめたもの）力ピッチ 600 μ mの正方画素である場合を例にとり適宜数値を示す。

[0022] 遮光層 22の上には、抵抗調整層 30が形成されている。抵抗調整層 30は、マトリツタス部 22bの領域においては、それぞれ蛍光体層間を X方向に延びた複数の横線部 31Hと、それぞれ蛍光体層間を Y方向に延びた複数の縦線部 31Vとを有している。蛍光体層は X方向に R、 G、 Bと並んでいるため、縦線部 31Vは、横線部 31Hよりもはるかに幅が狭くなつている。例えば、縦線部 3 IVの幅は 40 m、横線部 31Hの幅は 300 μ mである。

[0023] 縦線部 31Vには、横線部 31Hよりも低抵抗の材料が用いられている。この抵抗値については、後述する。横線部 31Hおよび縦線部 31Vはいずれも、ある抵抗性の金属酸ィ匕物の微粒子を母材とした材料を用いて、周知の技術であるフォトリソグラフィー技術により形成される。蛍光体層 R、 G、 Bは、周知のスクリーン印刷やフォトリソグラフィ一により形成される。

[0024] 抵抗調整層 30の上には、薄膜分断層 32が形成されている。薄膜分断層 32は、それぞれ抵抗調整層 30の横線部 31H上に形成された横線部 33H、およびそれぞれ抵抗調整層 30の縦線部 31V上に形成された縦線部 33Vを有している。薄膜分断層 32は、表面が凸凹になるように適切な密度で粒子が分散され、これにより、この後に蒸着などにより形成される薄膜が分断される。薄膜分断層 32は、遮光層 22よりも少し細めに形成されており、数値例を示すと、薄膜分断層の横線部 33Hの幅は 260 /z m 、縦線部 33Vの幅は 20 μ mとなっている。

[0025] 薄膜分断層 32の形成後、メタルバック層 7を平滑に形成するためにラッカーなどによる平滑化処理が行われる。この平滑ィ匕のための膜は、メタルバック層 7が形成された後には、焼成により焼失する。この平滑ィ匕処理は基本的には CRTなどで周知のものである。薄膜分断層 32の領域では、平滑ィ匕作用が失われるように、条件が制御される。

[0026] 平滑化処理の後、蒸着等の薄膜形成プロセスにより、メタルバック層 7が形成される。これにより、薄膜分断層 32で分断された分断メタルバック 7aが形成される。この場合、分断メタルバック 7a間のギャップは薄膜分断層 32の横線部 33Hおよび縦線部 3 3Vの幅とほぼ同じであり、 X方向には gl = 20 μ m、 Y方向に g2 = 260 μ mとなる。

[0027] 次に、抵抗調整層 30の抵抗値の設定について詳細に説明する。ギャップ gl、 g2 部のシート抵抗をそれぞれ p gl、 p g2とする。なお、 gl、 g2はギャップの値を指すと共にそのギャップそのものをも指すこととする。上記構造では、 p glは、縦線部 31V のシート抵抗、；0 ₈2は横線部 31Hのシート抵抗にほぼ等しくなる。ギャップ gl、 g2間の抵抗を Rgl、 Rg2とする。 Rgl、 Rg2は、隣接する分断メタルバック 7a間の抵抗として測定され、分断ピッチでの縦線部の長さを Wl、横線部の長さを W2とすると、近似的に、

となる。一般には、 /O gl、 /Q g2が抵抗調整層 30の値になるとは限らないが、 Rgl, R g2を測定し、上記の近似式に基づいて逆算した値を p g^ ₈2と定義する。

[0028] 放電が起こると、放電の起きた場所の分断メタルバック 7aの電圧はアノード電圧から OVに向力つて低下していくが、隣接した分断メタルバックの電圧は同じペースで落ちていくわけではないので、ギャップ gl、 g2には電位差 Vgl, Vg2が発生する。これがそのギャップの耐圧より高くなると、ギャップ間の放電が起きてしまう。すると、放電によりギャップ glや g2が低抵抗でつながってしまう上、なだれ式にどんどん放電が連鎖していく現象が起こることもあり、電流が大きくなつてしまう。したがって、メタルバック 7の分断を行う場合には、その分断部に発生する電圧を耐圧以下に抑制することが重要課題となる。

[0029] 分断されたメタルバック 7が 2次元的に並んだ系のふるまいは解析的には求めることができないので、電気回路シミュレータ（SPICE)により検討を行った。

[0030] その結果、一般に、

Vg2oc^R_g2

という関係が近似的に成り立つことが判明した。ギャップ gl、 g2の電界 Egl, Eg2は

となる。

[0031] 一般にギャップの耐圧はギャップにほぼ比例するので、 Egl、 Eg2が放電の臨界電界に達する力否かが、放電が起こる力否かの目安となる。放電電流をできるだけ小さくするには、 Egl、 Eg2をほぼ等しくした上で、耐圧を考慮して値を設定することが最適である。 Egl、 Eg2に差があると、その分だけ無駄な電流が流れることになる。あるいは、一方の耐圧が不利になる。

[0032] 製作の面からは、抵抗層は一つの材料で作るのが容易である力そうした場合にどうなるかについて説明する。 _P gl = _P g2= とした場合、数値例で考えると、 gl = 20 ^ m, Wl = 340 _iu m, 2 = 260 ^ ΠΙ, W2= 180 mの場合、

となり、ギャップ glの電界の方が大きくなつてしまう。これはあくまで数値例だ力実用的な寸法では、この関係は変わらない。結局、 Vgl, Vg2の Rgl, Rg2への依存性が比例ではなぐ平方根に比例となっているため、ギャップの小さい glの電界の方が必ず大きくなつてしまうことになる。

[0033] したがって、本実施形態においては、 p glを /0 ₈2よりも小さくする。さらには、 Egl

=Eg2程度とするのが好適であり、

0. 5≤ (Rgl/Rg2) ^1/2/ (gl/g2)≤ 2

とする。 gl部の耐圧と g2部の耐圧との違いや設計自由度を考慮すると、 (Rgl/Rg 2) ^1/2と (gl/g2)とは完全に等しいことが必要なわけではないので、 0. 5— 2倍の範囲が許容される。

[0034] ある程度の放電電流抑制効果を得るためには、 Rgl, Rg2のうち Rglを指標とすると、 Rgl = 10² Q以上は必要である。一方、抵抗を高くしすぎると、画面の輝度低下が無視できなくなってしまうので、そのことから上限が決まる。ビーム電流は一般に 10 mAのオーダーであり、電圧降下量の計算からほぼ Rgl = 10⁵ Ωが上限となる。 Rgl はこのような範囲で、ディメンジョン、実際的な材料の制約、目標電流、目標輝度低下量等を総合的に考慮して決定すればよい。

以上のような前面基板を用いて、表面伝導型の電子放出素子を用いた SEDを作製して、放電ダメージの評価を行った。抵抗値は Rgl = 10² Ω、 Rg2= 10⁴ Ωとした。なお、後述の実施の形態 3のように、蛍光面には分断ゲッタ層も形成した。アノード電圧を 9kVが標準条件の FEDにお!/、て、アノード電圧を最大で 14kVまで上昇させ、強制的に放電を起こさせた。その結果、 100回の放電後も、許容電流が 1Aのドライバ ICが壊れることはな力つた。また、電子放出素子の破壊、劣化も認められな力つた。この場合の放電電流は、 0. 05Aと推定され、従来よりもはるかに小さくなつていた。

[0035] 本発明の第 2の実施形態の蛍光面等の、 X方向断面図を図 7に示す。 Y方向の断面図は容易にわ力ることなので省略する。本実施形態においては、遮光層 22自体が抵抗調整層となっている。これを実現するために、抵抗調整層には、抵抗を適正化しつつ遮光層に求められる黒色に近く低反射率の材料を用いている。これにより、プロセスの簡易化、歩留まりの向上、コストダウンを図ることが可能になる。ただし、抵抗調整の自由度が減る。

[0036] 本発明の第 3の実施形態の蛍光面の、 X方向の断面図を図 8に示す。 Y方向断面についても同様なので図示は省略する。第 3の実施形態において、メタルバック層 7 の上にさらに、ゲッタ層 40が形成されている。 SEDにおいては、長期に渡り真空度を確保するために、このように蛍光面にゲッタ層 40を形成することが必要になるケースがあり、本実施形態はそのような場合に対応したものである。

[0037] 一般にゲッタ層は大気に暴露されると作用が失われてしまうので、ゲッタ層 40は、前面基板 2と背面基板 1を真空中で封着する際に蒸着等の薄膜プロセスにより形成するのが現実的な製法となる。メタルバック層 7の形成後も薄膜分断層の作用は失われていないので、ゲッタ層 40もメタルバック層 7と同様のパターンに分断されて分断ゲッタ層 40aが形成される。ゲッタ層 40は一般に導電性の金属である力これにより、ゲッタ層 40を形成しても、蛍光面が導通してしまうことを避けることができる。

[0038] 以上の説明においては、抵抗調整層 30は遮光層 22のマトリックスに対応させてマトリックス状に形成していた力例えば、横線部 31Hは 2ラインごと、縦線部 3 IVは、 R 、 G、 Bを 3つまとめて 1画素とした場合に、この画素ごとに形成する構成としても良い。こうすることで、メタルバックおよびゲッタ層の分断数を減らすことができ、製造歩留まりの面などで有利となる。一般に、分断のピッチは、目標を満たせる範囲でさまざまに選択できることは、うまでもな、。

[0039] 本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなぐ実施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ィ匕できる。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わせにより、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カゝら幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その他、各構成要素の寸法、材料等は、上述の実施の形態で示した数値、材料に限定されることなぐ必要に応じて種々選択可能である。

産業上の利用可能性

[0040] 本発明によれば、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、従来よりも大幅に低減した画像表示装置を提供することができる。これにより、背面基板側での追加対策をなくし簡素化することができ、プロセス削減、コストダウンを図ることが可能となる。また、ドライバ ICのコストダウンも図ることができる。さらに、稀に起こる可能性のあった点欠陥も発生しな、ようにできる。

[0041] 更に、本発明によれば、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ヤップを小さくすることが可能となり、輝度、解像度、蛍光体寿命などの特性が向上した画像表示装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と、この蛍光面に重ねて設けられたメタルバック層と、を有した前面基板と、

上記前面基板と対向して配置されているとともに、上記蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子が配置された背面基板と、を備え、

上記メタルバック層は、上記蛍光面と対応する領域で、第 1方向に glのギャップ、第 1方向と直交する第 2方向に g2のギャップで分割され、 gl <g2であり、

gl部、 g2部のシート抵抗をそれぞれ p gl、 p g2としたとき、

p gl < 2

であることを特徴とする画像表示装置

[2] 上記 glのギャップの抵抗、および g2のギャップの抵抗をそれぞれ Rgl、 Rg2とすると、

0. 5≤ (Rgl/Rg2) ^1/2/ (gl/g2)≤ 2

であることを特徴とする請求項 1記載の画像表示装置

[3] 10² Ω≤Rgl≤ 10⁵ Ωであることを特徴とする請求項 2記載の画像表示装置

[4] 上記メタルバック層に重ねてゲッタ層が形成され、このゲッタ層は、上記メタルバック層と対応したパターンに分断されて、ることを特徴とする請求項 1な、し 3の、ずれか

1項に記載の画像表示装置