JP4481891B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、耐大気圧支持構造を有する画像表示装置に関する。

近年、電子放出素子を用いた画像表示装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置が、省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして注目されている。

このような平面型の表示装置は、電子放出素子を有するリアプレートと、電子線の照射によって発行する発光部材（蛍光体）を有するフェースプレートとを、枠部材を介して接合した気密容器を有し、上記気密容器の内部は１０のマイナス６乗Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレートおよびフェースプレートの変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。このため、気密容器内部には、ガラス板からなり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサあるいはリブと呼ばれる）が設けられている。このようにして、マルチビーム電子源が形成されたリアプレートと蛍光膜が形成されたフェースプレート間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。

また、スペーサは、リアプレートとフェースプレート間を飛翔する電子の軌道に大きく影響してはならない。電子軌道に影響を与える原因はスペーサが存在することによって生じる、スペーサ近傍の静的あるいは帯電による動的な電場変化である。スペーサ帯電は電子源から放出した電子の一部あるいはフェースプレートで反射した電子がスペーサに入射し、スペーサから二次電子が放出されることにより、あるいは電子の衝突により電離したイオンが表面に付着することによるものと考えられる。

スペーサが正帯電するとスペーサ近傍を飛翔する電子がスペーサに引き寄せられるためスペーサ近傍で表示画像に歪みを生ずる。帯電の影響はリアプレートとフェースプレート間隔が大きくなるに従い顕著になる。

一般に帯電を抑制する手段として、スペーサ表面に導電性を付与し、若干の電流を流すことで電荷を除去することが行なわれる。

このような表示装置一例として、特許文献１にはスペーサとリアプレートとの電気的接続とアライメント性を向上させる目的で、リアプレート上に設けられた配線電極に溝を設け、この溝部でスペーサと当接させる構成が開示されている。
特開平１０−３０２６８４

しかし、特許文献１に記載されているスペーサは、更なる耐電圧向上が望まれていた。本発明は、スペーサの耐圧向上を目的とする。

特許文献１に記載されているスペーサは、容易に組み立て精度を向上させる目的で、配線に溝を形成するものであった。本発明は、特許文献１に記載の溝付き配線とは異なる新規な技術によって組み立て精度を向上させる構成を実現することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は，フェースプレートと、表面に導電性部材を有するリアプレートとを有する真空容器と、該真空容器内に前記導電性部材と対向して位置する電極と、該導電性部材及び該電極に当接したスペーサとを有する表示装置であって、前記スペーサは凹部を有し、該凹部の内壁で前記導電性部材と当接することを特徴とする。

本願発明によれば、スペーサと配線とのアライメントを向上させると共に、耐電圧向上をも実現できる。

以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明する。

図２は、本発明に係る画像形成装置の第１の例に係る表示パネルの一部を切り欠いた斜視図である。

図２に示されるように、本例の表示パネルは、第１の基板であるリアプレート１と、第２の基板であるフェースプレート２を間隔をあけて対向させ、両者間に板状のスペーサ３を挟み込むと共に、周囲を側壁４で封止し、内部を真空雰囲気としたものとなっている。

リアプレート１上には、行方向配線５、列方向配線６、電極間絶縁層７（図１参照）および電子放出素子８が形成されている。

図示される電子放出素子８は、一対の素子電極間に電子放出部を有する導電性薄膜が接続された表面伝導型電子放出素子である。本例は、この表面伝導型電子放出素子をＮ×Ｍ個配置し、それぞれ等間隔で形成したＭ本の行方向配線５とＮ本の列方向配線６でマトリクス配線したマルチ電子ビーム源を有するものとなっている。また、本例においては、行方向配線５が電極間絶縁層７を介して列方向配線６上に位置しており、しかも行方向配線５には引出端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍを介して走査信号が印加され、列方向配線６には引出端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを介して変調信号（画像信号）が印加されるものとなっている。

行方向配線５および列方向配線電極６は、銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布することで形成することができる。また、例えばフォトリソグラフィ法を用いて形成することもできる。

行方向配線５および列方向配線電極６の構成材料としては、上記銀ペーストの他に、各種導電材料を適用することができる。例えば、スクリーン印刷法を用いて行方向配線５および列方向配線電極６を形成する場合には、金属とガラスペーストと混合させた塗布材料を用いることができ、めっき法を用いて金属を析出させることで行方向配線５および列方向配線電極６を形成する場合には、めっき浴材料を適用することができる。

フェ−スプレ−ト２の下面（リアプレート１との対向面）には、蛍光膜１０が形成されている。本例の表示パネルはカラ−表示であるため、蛍光膜１０は赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、例えばストライプ状に塗り分けられており、各色の蛍光体のストライプの間には黒色の導電体（ブラックストライプ）が設けられている。黒色の導電体を設ける目的は、電子ビ−ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすること、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビ−ムによる蛍光膜のチャ−ジアップを防止することなどである。黒色の導電体としては、黒鉛を主成分とした材料を用いることができるが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いることもできる。また、３原色の蛍光体の塗り分け方は、上記ストライプ状だけでなく、例えばデルタ状配列や、それ以外の配列とすることもできる。

上記蛍光膜１０の表面には、フェースプレート２に設けられた導電性部材であるメタルバック（加速電極）１１が設けられている。このメタルバック１１は、電子放出素子８から放出される電子を加速して引き上げるためのもので、高圧端子Ｈｖから高電圧が印加され、前記行方向配線５に比して高電位に規定されるものとなっている。本例のような表面伝導型電子放出素子を用いた表示パネルの場合、通常、行方向配線５とメタルバック１１間には５〜２０ＫＶ程度の電位差が形成される。

行方向配線５上には、行方向配線５と平行に、板状のスペーサ３が取り付けられている。このスペーサ３は、行方向配線５上に位置し、両端部分のみがリアプレートに固定されている。尚、スペーサは板状に限らず円柱や角柱であってもよい。

尚、スペーサが板状の場合、柱状に比較して設置本数を少なくでき、コスト面で好適である。

スペーサ３の厚みは０．１〜０．５ｍｍ、高さは１〜５ｍｍ程度である。特に厚み０．１５〜０．３ｍｍ、高さ１．５〜３ｍｍが好適である。表示画像の高精細化の観点から画素ピッチに対応してスペーササイズを小さくするという要求と、スペーサの取り扱いの容易さからスペーササイズを大きくしたいという双方の要求のバランスが取れているからである。

スペーサ３は、表示パネルに耐大気圧性を持たせるために、通常、等間隔で複数設けられ、電子放出素子８、これを駆動するための行方向配線５および列方向配線６が設けられたリアプレート１と、蛍光膜１０およびメタルバック１１が設けられたフェースプレート２との間に挟み込まれ、上下面がメタルバック１１と行方向配線５にそれぞれ圧接されている。また、リアプレート１とフェースプレート２の周縁部には、側壁４が挟み込まれており、リアプレート１と側壁４の接合部およびフェースプレート２と側壁４の接合部は、それぞれフリットガラスなどによって封止されている。

さらにスペーサ３について説明すると、スペーサ３は、リアプレート１側の行方向配線５および列方向配線６とフェースプレート２側のメタルバック１１との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有する。また、スペーサ３の表面への帯電を防止する程度の導電性を有してもよい。スペーサ３は、絶縁性材料で構成された基体のみ、或いは基体とその表面を被覆する高抵抗膜で構成されている。好ましくは、基体とその表面を被覆する高抵抗膜で構成されていた方がよい。耐電圧特性により優れるからである。図１に、絶縁性材料で構成された基体１３と、その表面を被覆する高抵抗膜１４からなるスペーサ３の、リアプレート近傍部分での部分断面を示す。

図１に示されるように、スペーサ３の配線との当接部は略矩形形状の凹部１００を有し、リアプレート１側の行方向配線５は、スペーサ３より幅が狭く、スペーサ３の凹部１００に当接している。行方向配線５とスペーサ３の矩形凹部１００と勘合させることで、組み立てのガイドとして作用し、組み立てを容易にしている。ここでリアプレートとスペーサとの位置合わせが重要な理由は、リアプレート近傍では、電子放出素子からの放出電子の運動エネルギーが小さく、電子軌道が電場の影響を受けやすいためである。本発明では、リアプレートに対するスペーサの位置が正確に決まるため、スペーサのミスアライメントによる電子放出素子８近傍の電場の乱れを小さくすることができる。

尚、スペーサ３よりも幅広の行方向配線５にスペーサ３より幅が狭い凸部を設ける構成でもよい（図４参照）。

行方向配線５は、スペーサ３より幅が狭い構成が、より好適である。作製コストを抑えられるからである。

また、凹部をＶ型や円弧状にして、大気圧で押されることで組み立て精度を向上させることができる。

このように凹部は矩形に限らず、Ｖ型や円弧状などでもよいが、中でも矩形形状は好適である。安定した耐大気圧特性が得られるからである。

また、電界集中により放電の原因になりやすい事が知られているリアプレート近傍での三重点に対する対策も重要である。本発明においては、リアプレート上の配線に凹部を設けるのではなく、スペーサ自体に凹部を有するため、三重点２０がフェースプレートのアノードから直接見えない構造となるだけでなく、スペーサの凹部によって三重点がシールドされるため、より放電の発生を防止できる。

凹部の深さ１０３は数ミクロン〜数百ミクロンである。深さ１０３は、深いほど上述の観点から耐電圧向上、組み立て容易性が増すが、作製が困難になる。これらの観点から、バランスの取れた１０〜１００μｍが好適である。

スペーサ３の形状は、削り加工、加熱延伸法（特開２０００−１６４１２９等）などの方法によって形成できる。加熱延伸法は特に好適である。高精細な形状を比較的容易に形成できるからである。

スペーサ３の基体１３の構成材料としては、例えば石英ガラス、Ｎａなどの不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナなどのセラミックスなどが挙げられる。この基体１３の構成材料は、その熱膨張率が、リアプレート１、フェイスプレート２などの構成材料と同一または近いものが好ましい。

スペーサ３の表面を被覆する高抵抗膜１４には、高電位側となるメタルバック１１に印加される加速電圧Ｖａを高抵抗膜１４の抵抗値で除した電流が流され、これによってスペーサ３表面への帯電が防止される。このため、高抵抗膜１４の抵抗値は、帯電防止および消費電力低減の観点からその望ましい範囲に設定される。高抵抗膜１４のシート抵抗は、帯電防止の観点からすると、１０^１４Ω／□以下が好ましく、１０^１２Ω／□以下であることがより好ましく、１０^１１Ω／□以下であることが最も好ましい。高抵抗膜１４のシート抵抗の下限は、スペーサ３形状とスペーサ３に印加される電圧により左右されるが、消費電力を抑制するために、１０^５Ω／□以上であることが好ましく、１０^７Ω／□以上であることがより好ましい。

高抵抗膜１４を構成する材料の表面エネルギーおよび基体１３との密着性や基体１３の温度によっても異なるが、一般的に１０ｎｍ以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が不安定で再現性に乏しい。一方、膜厚が１μｍ以上では膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、基体１３上に形成する高抵抗膜１４の厚みは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が好ましい。より好ましくは、膜厚は５０〜５００ｎｍである。シート抵抗はρ／ｔ（ρ：比抵抗、ｔ：膜厚）であり、前記シート抵抗と膜厚の好ましい範囲から、高抵抗膜１４の比抵抗ρは０．１〜１０^８Ωｃｍであることが好ましい。さらにシート抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、比抵抗ρは１０^２〜１０^６Ωｃｍとするのが好ましい。

高抵抗膜１４の構成材料としては、例えば金属酸化物を用いることができる。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケル、銅の酸化物が好ましい。その理由は、これらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、電子放出素子８から放出された電子がスペーサ３に当たっても帯電しにくいことにある。これらの金属酸化物以外では、炭素は二次電子放出効率が小さく、好ましい材料である。特に、非晶質カーボンは高抵抗であるため、適切なスペーサ３の表面抵抗が得やすい。

高抵抗膜１４の他の構成材料として、ゲルマニウムと遷移金属との窒化物は、遷移金属の組成を調整することにより、良導電体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できると共に、表示パネルの製造工程における抵抗値の変化が少なく、安定していることから、好適な材料である。遷移金属元素としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗなどを挙げることができる。

上記合金窒化物膜は、窒素ガス雰囲気を利用した、スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーテイング、イオンアシスト蒸着法などの薄膜形成手法により形成することができる。前記金属酸化物膜は、酸素ガス雰囲気を利用した薄膜形成手法で形成することができる。その他、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金属酸化膜を形成することができる。カーボン膜は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作製され、特に非晶質カーボン膜は、成膜中の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに炭化水素ガスを使用することで得ることができる。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。

実施例１
（スペーサの作製）
スペーサ３の基体１３として、旭ガラス（株）製のＰＤ２００を用い、加熱延伸法によって断面２ｍｍ×０．２５ｍｍの細長い四角柱状に成形し必要に応じて切断した。加熱延伸前の母材をあらかじめ切削加工することで矩形の凹部を形成した。

凹部の深さ２０μｍ，幅１１０μｍである。

高抵抗膜１４として窒化タングステン・ゲルマニウム化合物（ＷＧｅＮ）を、タングステンターゲットとゲルマニウムターゲットを窒素ガス中で、同時スパッタリングして成膜した。このときスペーサ３の基体１３を回転させながら成膜した。高抵抗膜１４は、スペーサの表面全面にわたり、膜厚が２００ｎｍ、シート抵抗が２．５×１０^１２Ω／□であった。

（本発明で用いたリアプレートの製法）
次にこのスペーサを配置するリアプレート及びこのリアプレートとスペーサとの組み立てについて説明する。リアプレートについては、表面伝導型電子放出素子を、リアプレート上に複数形成し、マトリクス状に配線して電子源を形成した。以下に作成手順を各工程順に説明する。

洗浄した青板ガラスの表面に、０．５μｍのＳｉＯ２層をスパッタリングにより形成し、リアプレート１とした。該リアプレート上にスパッタ成膜法とフォトリソグラフィー法を用いて表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極を形成する。材質は５ｎｍのＴｉ、１００ｎｍのＮｉを積層したものである。また、素子電極間隔は２μｍとした。

つづいて、Ａｇペーストを所定の形状に印刷し、４８０℃で焼成することにより列方向配線６を形成した。該配線は電子源形成領域の外部まで延長され、図２における電子源駆動用配線Ｄｙｎとなる。この列方向配線６の幅は１００μｍ、厚さは約１０μｍである。

次に、ＰｂＯを主成分とし、ガラスバインダーを混合したペーストを用い、同じく印刷法により絶縁層７を形成する。これは上記列方向配線６と後述の行方向配線５を絶縁するもので、厚さ約２０μｍとなるように形成した。

つづいて、行方向配線５を上記絶縁層７上に形成する。

方法は列方向配線６の場合と同じで、行方向配線５の幅は１００μｍ、厚さは約１０μｍである。つづいて、前述の一対の電極間にＰｂＯ微粒子よりなる導電性膜を形成する。この導電性膜の形成方法は、列方向配線６、行方向配線５を形成したリアプレート１上に、スパッタリング法によりＣｒ膜を形成し、フォトリソグラフィー法により、導電性膜の形状に対応する開口部をＣｒ膜に形成する。つづいて、有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−４２３０：奥野製薬（株）製）を塗布して、大気中３００℃、１２分間の焼成を行って、ＰｄＯ微粒子膜を形成した後、上記Ｃｒ膜をウェットエッチングにより除去して、リフトオフにより所定の形状の導電性膜とする。

最後にリアプレート全面に渡り、帯電防止膜を形成する。炭素材料や酸化スズ、酸化クロム等を主成分とする導電性超微粒子が有機溶媒に分散されたものを、スプレー法により形成し、３８０℃で１０分焼成した。この帯電防止膜の厚さは３０ｎｍ，シート抵抗は１０の１０乗Ω／□であった。

このようにして形成したリアプレートの行方向配線５と上述のスペーサの凹部が勘合するように、リアプレートにスペーサを配置した。その後、図１に示すフェースプレート２をスペーサを配置したリアプレートに位置合わせしながら配置し、封着して表示パネルからなる表示装置を形成した。

以上のようにして作成した表示装置は、スペーサの組み立ては容易であり、１０ＫＶの印加電圧で画像を表示した場合でも、放電は観測されなかった。

なお、この条件は本実施例における良好な条件であり、パネル構成が変われば適宜変更される。

実施例２
本実施例では、スペーサ３の凹部が円弧であり、凹部の深さ２０μｍである点と、リアプレート１上に電子源基板９を設けた点で、実施例１と異なり、それ以外は実施例１と同様にして表示装置を作成した。この構成を図３に示す。リアプレートと別に電子源基板９を設けることで、電子源形成プロセスと真空容器形成プロセスを分離できるため、表示装置作成のための時間を短縮できる点で好ましい。

以上のようにして作成した表示装置においても、スペーサの組み立て精度は良好であり、１０ＫＶの印加電圧で画像を表示した場合でも、放電は観測されなかった。

第１の例におけるスペーサの長さ方向の断面部分図である。 本発明の画像形成装置の一部を切り欠いた斜視図である。 第２の例におけるスペーサの長さ方向の断面部分図である。 スペーサの長さ方向の、他の断面部分図である。

符号の説明

１ リアプレート
２ フェースプレート
３ スペーサ
４ 側壁
５ 行方向配線
６ 列方向配線
７ 電極間絶縁層
８ 電子放出素子
９ 電子源基板
１０ 蛍光膜
１１ メタルバック
１３ 基体
１４ 高抵抗膜
２０ 三重点
１００ 凹部
１０２ エッジ
１０３ 深さ

Claims (1)

1. フェースプレートと、表面に導電性部材を有するリアプレートとを有する真空容器と、該真空容器内に前記導電性部材と対向して位置する電極と、該導電性部材及び該電極に当接し、該導電性部材及び該電極に電気的に接続された抵抗性のスペーサとを有する表示装置であって、前記スペーサは凹部を有し、該凹部の内壁で前記導電性部材と当接することを特徴とする表示装置。

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