JP2004063202A

JP2004063202A - 画像表示装置およびその製造方法

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Publication number: JP2004063202A
Application number: JP2002218400A
Authority: JP
Inventors: Yuji Haraguchi; 原口　雄次; Hirotaka Murata; 村田　弘貴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP3971263B2

Abstract

【課題】放電によるダメージを低減可能な画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】画像表示装置の前面基板２は、蛍光体層および遮光層２２を含む蛍光面６と、蛍光面に重ねて設けられた導電性薄膜からなるメタルバック層７とを有している。前面基板と対向して配置された背面基板には、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。遮光層の表面は凹凸形状に形成されている。メタルバック層は、遮光層と重なった領域に位置した不連続な導電性薄膜７ｂを有している。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光面層を備えた画像表示装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子（以下、エミッタと称する）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。エミッタ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、これらのエミッタ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、表面伝導型エミッタ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。
【０００３】
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エミッタが設けられている。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、各エミッタに接続されている。
【０００５】
蛍光面にはアノード電圧が印加され、エミッタ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。
【０００６】
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００８】
しかし、前面基板と背面基板との間の隙間は、解像度や支持部材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。そのため、ＦＥＤは、高いアノード電圧を蛍光面に印加すると、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（絶縁破壊）が問題となる。
【０００９】
放電が起こると、瞬間的に１００Ａ以上の電流が流れることがあり、エミッタや蛍光面の破壊あるいは劣化、さらには駆動回路の破壊を引き起こす可能性もある。これらをまとめて放電によるダメージと呼ぶことにする。このような不良発生につながる放電は製品としては許容されない。したがって、ＦＥＤを実用化するためには、長期間に渡り、放電によるダメージが発生しないように構成しなければならない。しかしながら、放電を長期間に渡って完全に抑制するのは非常に難しい。
【００１０】
一方、放電が発生しないようにするのではなく、放電が起きてもエミッタヘの影響を無視できるよう、放電の規模を抑制するという対策も考えられる。このような考え方に関連する技術として、例えば、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ダクタンス・抵抗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する技術が開示されている。
【００１１】
しかし、これらの技術を適用する場合には、予め形成したメタルバックの一部領域を何らかの手段で取り除く必要がある。あるいは、メタルバックを形成する際に、例えばマスキングをおこなって所定の領域のみにメタルバックが形成されるような製造方法とする必要がある。
【００１２】
また、真空度を長期に渡って維持するためにはパネルを封着後に排気するのではなく、真空チャンバー中で、通常ゲッタと呼ばれるガス吸着膜を蛍光面上に形成し、そのまま大気暴露することなく、前面基板と背面基板を封着するという方法が好適である。しかし、このような場合、メタルバック層を分断しても、ゲッタ膜が連続膜になってしまい、実質的にメタルバック層の分断効果がなくなってしまう。そこでゲッタ膜を分断する手法が必要となる。これに関し、ゲッタを分断する特性を持った薄膜を別途形成するという方法が考えられるが、そのような薄膜を形成するのはプロセス増加、コストアップにつながり、望ましくない。
【００１３】
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、放電の規模を小さくし、エミッタや蛍光面の破壊、劣化や回路の破壊を防止することが可能な画像表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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層と、この蛍光面層に重ねて真空成膜された導電性薄膜とを有した前面基板と、前記前面基板と対向して配置されているとともに、前記蛍光面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、前記導電性薄膜は、前記遮光層に重なった領域に不連続な薄膜を含んでいることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明の態様に係る画像表示装置の製造装置は、蛍光体層および遮光層を含む蛍光面層とこの蛍光面層に重ねて成膜された導電性薄膜とを有した前面基板と、前記前面基板と対向して配置されているとともに、前記蛍光面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の製造方法において、
前面基板上に蛍光体層、および露出面が凹凸形状の遮光層を形成して蛍光面層とし、真空雰囲気中で、前記基板上に形成された蛍光面層の全面に導電金属を成膜し、前記遮光層に重なった領域に位置した不連続な薄膜を含む導電性薄膜を一括で形成することを特徴としている。
【００１６】
前記構成の画像表示装置によれば、前記導電性薄膜の遮光層に重なった領域を不連続な薄膜に形成することにより、放電が発生した場合でもその規模を小さくすることができる。これにより、アノード電圧を上げることができるとともに、前面基板と背面基板との間のギャップを小さくすることが可能となり、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得ることができる。また、アノード電圧が低いほど、蛍光体劣化が問題となるが、上記のようにアノード電圧を高く設定可能であることから、蛍光体劣化を緩和し、製品の寿命を延ばすことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明を適用したＦＥＤの実施の形態について詳細に説明する。
図１および図２に示すように、このＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラスからなる前面基板２、および背面基板１を備え、これらの基板は１〜２ｍｍの隙間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、内部が１０^−４Ｐａ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。
【００１８】
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、後述するように、赤、緑、青に発光する蛍光体層とマトリックス状の黒色遮光層とで構成されている。蛍光体層はストライプ状あるいはドット状に形成されている。蛍光面６上には、ア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。
【００１９】
背面基板１の内面上には、蛍光体層を励起する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。電子放出素子は図示しないマトリックス配線を介して駆動される。
【００２０】
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ペーサ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。
【００２１】
次に、上記ＦＥＤにおける蛍光面６およびメタルバック層７について詳細に説明する。なお、本発明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。しかし本願においては、便宜上、メタルバック層という用語を用いる。
【００２２】
図３ないし図５に示すように、前面基板２の内面に設けられた蛍光面６は、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および黒色遮光層２２を有し、電気的に絶縁性の材料で形成されている。黒色遮光層２２は、例えば、所定の隙間を置いて平行に並んだ多数のストライプ部２２ａおよび蛍光面６の周縁に沿って延びた矩形枠部２２ｂで形成されている。黒色遮光層２２は、例えば、カーボンおよびバインダの混合物を塗布することにより形成され、バインダの含有量は８０％以下に設定されている。これにより、黒色遮光層２２の表面、つまり、露出面は、１０μｍ以下のスケールの微細な凹凸形状となっている。また、赤、青、緑に発光する多数の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、黒色遮光層２２のストライプ部２２ａの間に形成されている。
【００２３】
メタルバック層７は、真空薄膜プロセスにより、蛍光面６のほぼ全面上に一括して形成されている。例えば、メタルバック層７は、真空雰囲気中で、蛍光面６上にアルミニウムを蒸着あるいはスパッタリングすることにより形成される。この際、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ上に直接成膜すると、蛍光体層の蒸着面は凸凹しているため、鏡面を形成することができない。そこで、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの表面をラッカーなどにより平滑化処理した後、メタルバック層７を成膜する方法が周知である。このラッカーによる平滑化処理は蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂにのみ選択的に行い、黒色遮光層２２上の凹凸形状面は維持される。
【００２４】
メタルバック層７の内、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに重なった領域は電気的に連続したストライプ状の導電性薄膜７ａを構成している。これに対し、メタルバック層７の内、黒色遮光層２２に重なった領域は、メタルバック層７で不連続な導電性薄膜７ｂとして形成されている。すなわち、黒色遮光層２２とメタルバック層７との境界部分において、黒色遮光層の表面状態は凹凸状となっている。そのため、黒色遮光層２２上に蒸着法などでメタルバック層７を形成すると、凹凸によって蒸着されない影の部分が多数生じる。その結果、メタルバック層７の黒色遮光層２２と重なった領域は島状に独立した不連続な導電性薄膜７ｂとなり、電気的に分断された薄膜となる。
【００２５】
この場合、黒色遮光層２２上に位置した不連続な導電性薄膜７ｂは、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ上に位置した導電性薄膜７ａよりも高い抵抗値を有し、その差は、例えば、１０^５Ω／□以上となっている。
また、メタルバック層７は、このメタルバック層に通電するための端子部３１を含んで形成されている。メタルバック層７の膜厚は、電子ビームの透過能や膜強度を考慮すると、５０〜２００ｎｍ程度が好適である。
【００２６】
なお、本発明では、電気的に分断という表現を用いているが、一般に絶縁体といえでも抵抗値は無限大ではなく、厳密な意味で電気的に分断されるということはありえない。しかし、本願では、不連続膜になることで、連続膜の状態に比べ著しく抵抗が高くなることを、電気的に分断と表現している。
【００２７】
上記のように構成されたＦＥＤによれば、導電性薄膜としてのメタルバック層７は、黒色遮光層２２と重なった領域に電気的に不連続な導電性薄膜７ｂを有しているため、前面基板２と背面基板１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抑制でき、放電によるダメージを回避することが可能となる。
【００２８】
これにより、アノード電圧を上げることができるとともに、前面基板と背面基板との間のギャップを小さくすることが可能となり、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得ることができる。また、アノード電圧が低いほど、蛍光体劣化が問題となるが、上記のようにアノード電圧を高く設定可能であることから、蛍光体劣化を緩和し、製品の寿命を延ばすことが可能となる。
【００２９】
また、表面が凹凸形状に形成された遮光層を含む蛍光面６に真空成膜プロセスによってメタルバック層７を形成することにより、遮光層上に位置し電気的に不連続な領域を含むメタルバック層を蛍光面のほぼ全面上に一回の成膜プロセスにより一括して形成することができる。これにより、放電によるダメージが発生しない画像表示装置を低コストで製造することが可能となる。
【００３０】
次に、この発明の第２の実施の形態に係るＦＥＤについて説明する。図６および図７に示すように、前面基板２の内面には蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂおよび黒色遮光層２２を有した蛍光面６が形成されている。上述した実施の形態と同様に、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは例えばストライプ状に形成され、また、黒色遮光層２２は、蛍光体層間に位置したストライプ部２２ａおよび蛍光面６の周縁に沿って延びた矩形枠部で形成されている。
【００３１】
この蛍光面６に重ねて、第１導電性薄膜としてのメタルバック層７、および第２導電性薄膜としてのゲッタ膜３０が順に形成されている。メタルバック層７は、黒色遮光層２２上で電気的に分断されたパターン化メタルバック層として形成されている。
【００３２】
この分断パターンは、分断していない薄膜を蛍光面６の全面に形成した後、遮光層２２と重なる部分をレーザーカットあるいはケミカルカットすることで形成する。レーザーカットによりメタルバック層７を分断した場合、メタルバック層の除去に伴い、黒色遮光層２２の表面部分も一部除去される。また、メタルバック層７の成膜時に黒色遮光層２２の部分をマスキングして、分断パターンを形成してもよい。なお、いずれの場合においても、残った黒色遮光層２２の表面は微細な凹凸形状を有している。
【００３３】
ゲッタ膜３０は、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに重なった領域では電気的に連続したストライプ状の導電性薄膜３０ａとなっている。これに対し、黒色遮光層２２に重なった領域では、ゲッタ膜３０は不連続な導電性薄膜３０ｂとして形成され、電気的に分断された薄膜となっている。
【００３４】
この場合、黒色遮光層２２上に位置した不連続な導電性薄膜３０ｂは、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ上に位置した導電性薄膜３０ａよりも高い抵抗値を有し、その差は、例えば、１０^５Ω／□以上となっている。
【００３５】
このようなゲッタ膜３０は、前面基板２を１０^−４Ｐａ程度以下の高真空雰囲気中に維持した状態で、ガス吸着特性を持つ金属をメタルバック層７の全面に蒸着することで一括形成できる。この金属材料としては、一般的にバリウムが好適である。
【００３６】
このゲッタ膜３０は、形成された後に前面基板２が大気に暴露されると、変質してガス吸着能力が失われてしまう。したがって、ゲッタ膜３０を形成するには、前面基板２と背面基板１とを封着するための真空チャンバー中で、蒸着法、スパッタ法等の真空成膜プロセスを用いることが好適である。
【００３７】
そして、ゲッタ膜３０を成膜する際、黒色遮光層２２の露出面は凹凸形状となっているため、この凹凸形状によってゲッタが蒸着されない影の部分が多数生じる。その結果、ゲッタ膜３０の黒色遮光層２２と重なった領域は島状に独立した不連続な導電性薄膜３０ｂとなり、電気的に分断された薄膜が形成される。
第２の実施の形態において、真空外囲器などの基本構成は前述した第１の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００３８】
上記のように構成された第２の実施の形態に係るＦＥＤにおいても、導電性薄膜としてのゲッタ膜３０は、黒色遮光層２２と重なった領域に電気的に不連続な導電性薄膜３０ｂを有しているため、前面基板２と背面基板１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抑制でき、放電によるダメージを回避することが可能となる。
【００３９】
これにより、アノード電圧を上げることができるとともに、前面基板と背面基板との間のギャップを小さくすることが可能となり、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得ることができる。また、アノード電圧が低いほど、蛍光体劣化が問題となるが、上記のようにアノード電圧を高く設定可能であることから、蛍光体劣化を緩和し、製品の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４０】
また、表面が凹凸形状に形成された遮光層を含む蛍光面６に真空成膜プロセスによってゲッタ膜３０を形成することにより、遮光層上に位置し電気的に不連続な領域を含むゲッタ膜を一回の成膜プロセスにより一括して形成することができる。これにより、放電によるダメージが発生しない画像表示装置を低コストで製造することが可能となる。
【００４１】
なお、第２の実施の形態において、前面基板２上に形成されるメタルバック層７を、第１の実施の形態と同様に形成し、黒色遮光層２２でメタルバック層が電気的に分断された構造とし、さらに、このメタルバック層の上に上述したゲッタ膜３０を形成することも可能である。ただし、この場合、メタルバック層とゲッタ膜とは、蒸着材料の量、位置等および蒸着材料自体が異なることから、それぞれの材料に対して蒸着特性に見合った凹凸形状を黒色遮光層に形成することが望ましい。
【００４２】
その他、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、前述した第１の実施の形態において、導電性薄膜としてメタルバック層の代わりにゲッタ膜を形成してもよい。また、第１および第２の実施の形態において、黒色遮光層は、単層に限らず、複数層を重ねて形成してもよい。
更に、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く、必要に応じて種々選択可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、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抑制でき、放電によるダメージを大幅に低減可能な画像表示装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。
【図３】上記ＦＥＤ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３の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。
【図５】上記蛍光面およびメタルバック層を拡大して示す断面図、およびその一部を更に拡大して示す断面図。
【図６】この発明の第２の実施の形態に係るＦＥＤにおける前面基板を示す平面図。
【図７】上記第２の実施の形態における前面基板の上記蛍光面、メタルバック層およびゲッタ膜を拡大して示す断面図、およびその一部を更に拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１…背面基板
２…前面基板
３…側壁
４…真空外囲器
６…蛍光面
７…メタルバック層
７ａ、７ｂ…導電性薄膜
８…電子放出素子
２２…黒色遮光層
２２ａ…ストライプ部
２２ｂ…枠状部
３０…ゲッタ膜
３０ａ、３０ｂ…導電性薄膜

Claims

蛍光体層および遮光層を含む蛍光面層と、この蛍光面層に重ねて真空成膜された導電性薄膜とを有した前面基板と、
前記前面基板と対向して配置されているとともに、前記蛍光面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、
前記導電性薄膜は、前記遮光層に重なった領域に不連続な薄膜を含んでいることを特徴とする画像表示装置。
前記導電性薄膜は、前記遮光層に重なった領域において電気的に分断されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記遮光層の導電性薄膜と重なる境界面は凹凸形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記不連続な薄膜は、多数の島状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
前記導電性薄膜はメタルバック層を形成していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記導電性薄膜はゲッタ膜を形成していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記導電性薄膜は、前記蛍光面上に重ねて設けられた第１薄膜と、第１薄膜に重ねて設けられた第２薄膜とを含んでいることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記導電性薄膜は、前記蛍光体層に重なった領域と前記遮光層に重なった領域とで異なる抵抗値を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
蛍光体層および遮光層を含む蛍光面層とこの蛍光面層に重ねて成膜された導電性薄膜とを有した前面基板と、前記前面基板と対向して配置されているとともに、前記蛍光面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の製造方法において、
前面基板上に蛍光体層、および露出面が凹凸形状の遮光層を形成して蛍光面層とし、
真空雰囲気中で、前記基板上に形成された蛍光面層の全面に導電金属を成膜し、前記遮光層に重なった領域に位置した不連続な薄膜を含む導電性薄膜を一括で形成することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
蛍光体層および遮光層を含む蛍光面層とこの蛍光面層に重ねて成膜された導電性薄膜とを有した前面基板と、前記前面基板と対向して配置されているとともに、前記蛍光面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の製造方法において、
前面基板上に蛍光体層、および露出面が凹凸形状の遮光層を形成して蛍光面層とし、
前記蛍光面層に重ねて第１導電性薄膜を全面に形成し、
前記第１導電性薄膜の前記遮光層に重なった部分を除去し、
真空雰囲気中で、前記第１導電性薄膜の全面に導電金属を成膜し、前記遮光層に重なった領域に位置した不連続な薄膜を含む第２導電性薄膜を一括して形成することを特徴とする画像表示装置の製造方法。