JP2006079905A - 画像表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放電によるダメージを低減可能な平面型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】 前面基板２と背面基板間１が真空雰囲気となった外囲器を有し、前記前面基板の画像表示領域の内面側にゲッタ膜が形成されている平面型表示装置において、上記ゲッタ膜２００が、縦方向と横方向にそれぞれ電気的に高抵抗部分を有し、前記縦方向の高抵抗部分は、ゲッタ膜の無い領域として形成されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、平面型の画像表示装置、およびその製造方法に関し、特にゲッタ膜の構造とその形成方法に特徴を有する。

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。

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。

前面基板の画素領域の内面には赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の蛍光体層を含む蛍光面が形成されている。一方、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させるための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。走査線及び信号線を介して、映像信号に相当する電圧が電子放出素子に印加される。

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有する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では、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。

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、電子放出素子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。

一方、放電が発生しないようにするのではなく、放電が起きても電子放出素子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或は分断する技術が開示されている。

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行って所定の領域のみにメタルバックが分断して形成されるような製造方法とする必要がある。

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。

このような場合、先のようにメタルバックを分断しても、今度は、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。そこでゲッタ膜も分断することが必要となる。
特開２０００−３１１６４２号公報 特開平１０−３２６５８３号公報

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、電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化や回路の破壊を防止することが可能な平面型表示装置、およびその製造方法を提供することにある。特に本発明ではゲッタ膜の高抵抗部分を2次元に形成し、効果的に放電の規模を小さくすることができる平面型表示装置及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一実施の態様では、前面基板と背面基板間が真空雰囲気となった外囲器を有し、前記前面基板の画像表示領域の内面側にゲッタ膜が形成されている平面型表示装置において、上記ゲッタ膜が、縦方向と横方向にそれぞれ電気的に高抵抗部分を有し、前記横方向と縦方向の高抵抗部分は、ゲッタ膜の無い領域として形成されている。

上記構成の平面型表示装置によると、ゲッタ膜に対して2次元的に高抵抗部分を設けることができ、まず（１）効果的に放電の規模を小さくすることができるし、（２）高抵抗部分は、ゲッタ膜の無い領域が形成される構造であり、製造手段として容易な方法及び装置を選択できる。

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。

前面基板２の画像領域の内面には蛍光面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（ブラックマトリックスと称される）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。表示動作時には、メタルバック層７に所定のアノード電圧が印加される。

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（走査線、信号線）からの信号により駆動される。

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荷重を支えるために、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。

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。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）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、断面から見ると蛍光体層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（高抵抗）で形成されている。図３（Ｂ）には、図３（Ａ）の一部分を断面して示している。

黒色遮光層２２は、矩形で一定間隔に配列された蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂ層以外を覆うように配置されている。これは、外光反射を抑制し、黒しずみを改善するために用いている。よって、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。蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する背面基板には、電子ビーム放出素子が設けられ、同素子からの電子ビーム照射により、赤、緑、青に発光する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すメタルバック層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。

この部分は、平滑化された蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂよりも高さが少し高くなる。また、蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂは、色フィルムのために蛍光物質とフィルムの２層である。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）ではメタルバック層７を示している。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、導電性薄膜部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部７ｂ、あるいは切断部として形成されている。

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２２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部７ｂとなり、電気的に分断された薄膜となる。

この場合、黒色遮光層２２上に位置したメタルバック層７の不連続な導電性薄膜部は、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ上に位置した導電性薄膜部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７に通電するための端子部と共通電極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。

メタルバック層７の矩形状の短冊部分に対しては、共通電極３１を介して高電圧を与えることができる。

なお、不連続な導電性薄膜部７ｂに関しては、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ど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（高抵抗）を、電気的に分断と表現している。

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部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。

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。

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。

上記の説明は、メタルバック層７を形成するときに、黒色遮光層２２上に位置した不連続な導電性薄膜部７ｂを形成する一例を説明した。この不連続な導電性薄膜部７ｂの形成方法は、種々可能である。

例えば、メタルバック層７（アルミニウム（Ａｌ））のうち、黒色遮光層２２ａ上の層を、酸化させて、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜とすることで、高抵抗性にするというものである。酸化アルミニウム膜７ｃとするために、その上面には、ケミカルカット材膜が存在する。このような構成であっても、不連続な導電性部を有した、メタルバック層７を形成することができる。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）では、本発明の特徴となるゲッタ膜の成膜方法を説明するために示している。本発明では、例えば、図４（Ａ）に示すメタルバック層７の上面にレジストを塗布し、ストライプ状のレジスト１００を残すようにしている。このレジスト１００は、例えば、蛍光体が並ぶ縦方向の列の間に配置される。このレジスト１００は、後述するゲッタを形成するときに、効果的にゲッタの分断状態を作るためである。

縦のストライプで形成されたレジスト１００は、図６（Ａ）に示すように、画素の上のメタルバック領域に２次元的な陰１０１となる部分を確実に形成することができる。この陰１０１を残すように、ゲッタ２００膜を形成することができる。つまり、霧状ゲッタをメタルバック７面上に蒸着する際、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように前面基板２を傾斜させると、レジスト１００と、ブラックマトリックスの高所部が、霧状ゲッタがメタルバック７面へ付着するのをさえぎることになる。前面基板２の姿勢は、図５、図７に示す、基板の角部２Ｄ１が下側、角部２Ｄ２が上側になるように保たれて、ゲッタの蒸着が行われる。

ゲッタの蒸着が行われた後は、レジスト１００を除去した場合、図６（Ｂ）に示すようになる。しかし除去するまでもなくゲッタは、画素の周りで縦横に分断された状態となる。

図８には、上述した陰１０１が形成される段差部を分り易く示している。即ち陰１０１のうち横方向の陰（高抵抗部分）は、ブラックマトリックス膜と、メタルバック面との高さの相違で生じた段差の部分に形成されている。また陰１０１のうち縦方向の陰（高抵抗部分）は、ブラックマトリックス膜と、メタルバック面との境界に沿って形成されている。レジストを除去した後は、ゲッタ膜の無い領域となり、その幅は、レジストによりマスクされていた部分である。

この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。図５（Ａ）に示した実施の形態では、レジスト１００は、例えば、蛍光体が並ぶ縦方向の列の間に配置された。しかし、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、蛍光体が並ぶ縦方向の列と同じ位置にレジスト１００が配置されている。

次に、図７で説明したようにゲッタ膜が蒸着されると、図１０（Ａ）に示すように、陰部１０１ではゲッタ膜が途切れた状態となる。ここで、レジスト１００を除去すると、レジスト１００の下部に位置する蛍光体上のメタルバック層が露呈する。メタルバック層７と、ゲッタ膜２００との関係は、先のようにゲッタ膜２００が陰部１０１で分断されるので、絶縁が維持されている。

また、図１１には、この発明の他の実施の形態における要部を示している。

図６の例に比べて、この実施の形態では、高抵抗部分が形成されときの形状を示している。即ち横方向及び縦方向の各高抵抗部分１０１ａ,１０１ｂは、画素部の周囲で１つの角部Ｃを持つ２つの辺Ａ，Ｂに沿って形成されている。そして、角部Ｃから遠ざかるにしたがって、幅が大から小となる先細となる形に形成されている。

なおこの発明では、カラー画素の配列方向は、上記の実施の形態に限るものではなく、縦方向にＲＧＢ配列が存在しても良い。またこの発明では、ゲッタ膜成膜時は、真空中で成膜し、そのまま真空中で封着して外囲器構成を得るようにしている。

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。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。

この発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。 上記ＦＥＤにおける前面基板の蛍光面およびブラックマトリックス層を示す説明図。 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説明図。 ゲッタの分断（高抵抗形成部）構造を得るための手段の例を説明するために示した説明図。 本発明に係るゲッタ膜の分断領域の例を示す説明図。 本発明に係るゲッタ膜の成膜方法を説明するために示した図。 本発明に係るゲッタ膜の成膜において陰を得る方法を説明するために示した図。 ゲッタの分断（高抵抗形成部）構造を得るための手段の他の例を説明するために示した説明図。 図９の手段で得られたゲッタ膜の分断領域の例を示す説明図。 本発明に係るゲッタ膜の分断領域の他の例を示す説明図。

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（ブラックマトリックス）、２２ａ…ストライプ部、２２ｂ…枠状部、３１…共通電極、１００…レジスト、１０１…陰部、２００…ゲッタ膜。

Claims (6)

1. 前面基板と背面基板間が真空雰囲気となった外囲器を有し、前記前面基板の画像表示領域の内面側にゲッタ膜が形成されている平面型表示装置において、
   上記ゲッタ膜が、縦方向と横方向にそれぞれ電気的に高抵抗部分を有し、
   前記横方向の高抵抗部分と縦方向の高抵抗部分は、ゲッタ膜の無い領域として形成されている
   ことを特徴とする平面型表示装置。
2. 前記ゲッタ膜の無い領域の幅は、レジストによりマスクされていた部分であることを特徴とする請求項１記載の平面型表示装置。
3. 前記横方向の高抵抗部分は、レジストと、メタルバック面との高さの相違で生じた段差の部分に形成されていることを特徴とする請求項１記載の平面型表示装置。
4. 前記横方向及び縦方向の各高抵抗部分は、画素部の周囲で１つの角部を形成した２つの辺に沿って形成されており、前記角部では幅が大きく先細に形成されていることを特徴とする請求項１記載の平面型表示装置。
5. 前記縦方向の高抵抗部分は、ブラックマトリックス膜と、メタルバック面との境界に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の平面型表示装置。
6. 前面基板と背面基板間が真空雰囲気となった外囲器を有し、前記前面基板の画像表示領域の内面側にゲッタ膜が形成される平面型表示装置の製造方法において、前記画素表示領域は、一定間隔を置いて配列されたＲＧＢの画素が2次元配列され、前記画素の間にはブラックマトリックスが配置され、少なくとも前記画素の上面にはメタルバック層が形成されており、
   前記ゲッタ膜を蒸着させる際には、前記ブラックマトリックス上にレジストを形成し、前記前面基板を、前記画素の縦横の配列方向に対して斜めの方向の両端が上と下の関係となる傾斜させた状態で蒸着させて、前記レジストにより生じる陰部分で、ゲッタ膜の分断領域を形成することを特徴とする平面型表示装置の製造方法。

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