(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に蛍光体層が形成された第１基板と、
上記第１基板と対向配置されているとともに、上記蛍光体層に向けて電子ビームを放出する多数の電子源が設けられた第２基板と、
第１基板と第２基板との間に配置され、上記電子源に対応した多数の電子ビーム透過孔が設けられた板状構造体と、を備え、
上記板状構造体は、上記蛍光体層に対向しているとともに上記多数の電子ビーム通過孔が形成された有効部と、上記有効部の周囲に位置した無孔部と、を備えほぼ矩形状に形成され、上記板状構造体の角部は、上記第１基板および第２基板の少なくとも一方に固定され、
上記板状構造体は、上記無孔部に形成された複数の凹部を有し上記第１基板および第２基板に対する熱膨張差を緩和する熱膨張緩和部、および、上記角部に形成され上記第１基板および第２基板に対する熱膨張差を緩和する熱膨張緩和部の少なくとも一方を備えたことを特徴とする平面表示装置。
【請求項２】
上記熱膨張緩和部は、上記板状構造体の角部に形成された複数の凹所を有していることを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置。
【請求項３】
上記熱膨張緩和部は、上記無孔部に形成された複数の貫通孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置。
【請求項４】
上記熱膨張緩和部は、上記無孔部に蛇腹状に形成された複数の折り曲げ部を有していることを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置。
【請求項５】
上記板状構造体は、上記無孔部に形成され第１基板および第２基板と位置合せする位置決めマークを有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項に記載の平面表示装置。
【請求項６】
第１基板と第２基板との間隔を保持した複数のスペーサを備え、
上記スペーサは、上記板状構造体上に一体的に設けられたスペーサを含んでいることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面表示装置に係わり、特に多数の電子ビーム透過孔を有する板状構造体を備えた平面表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省スペースの大型ディスプレイを目指して、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレイ）やＰＤＰ（プラスマ・ディスプレイ・パネル）等、平面表示装置の開発が進められている。特に、大型化が容易なＦＥＤとして、電子源として表面伝導型電子源を用いたＳＥＤの開発が進められている。
【０００３】
ＳＥＤは、所定の間隙を持って対向配置された第１基板および第２基板を有し、これら第１および第２基板は枠状の側壁を介して周辺部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。第１基板の内面には、赤、青、緑の３色に発光する蛍光体層が形成され、第２基板の内面には蛍光体を励起する電子放出源として、各画素に対応する多数の表面伝導型電子源が配列されている。各表面伝導型電子源は電子放出部、電子放出部に電圧を印加する一対の電極等から構成される。
【０００４】
第１基板と第２基板との間には板状構造体が設置され、この板状構造体には各画素および各表面伝導型電子源に対応して配列された多数の電子ビーム透過孔が形成されている。また、第１および第２基板間には、これら基板間の間隙を維持するための多数の柱状スペーサが配置されている。
【０００５】
各電子源から放出された電子ビームは、板状構造体の対応する電子ビーム透過孔を通過し、第１基板に印加された電圧により、所望の蛍光体上に衝突し、蛍光体を発光させる。板状構造体には、第１基板への印加電圧、画面サイズ、画素ピッチに応じて、第１基板より高電圧、同電圧、あるいは低電圧のいずれかが選択される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１基板と第２基板とを封着して外囲器を製造する際、第１基板、第２基板、および板状構造体には３００℃以上の高温に加熱される。しかしながら、加熱の際、第１基板、第２基板、および板状構造体の熱膨脹係数を常温から３００℃以上の全温度領域において合せることは難しい。そのため、第１基板、第２基板、および板状構造体の間に熱膨張の差による位置ズレが生じ、場合によっては第１基板および第２基板の破損を引き起こす恐れがある。
【０００７】
これを解決する方法として、第１基板、第２基板および板状構造体間の固定を緩やかなものとしておき、熱膨張を逃がす方法が考えられる。しかしながら、ＦＥＤの場合、第２基板上の電子源から放出された電子ビームは、これら電子源に１対１に対応した板状構造体の電子ビーム透過孔を通過し、対応する蛍光体を正確に励起しなければならず、第１基板、第２基板、および板状構造体は高い精度の位置合せが要求される。従って、第１基板、第２基板、および板状構造体の相互位置は、厳密に固定されていなければならない。
【０００８】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、製造時の第１基板、第２基板、および板状構造体の熱膨張差を緩和し、第１基板、第２基板、あるいは板状構造体の損傷を生じることなく、これら第１基板、第２基板、板状構造体を高精度で位置合わせ可能な平面表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の一態様に係る平面表示装置は、内面に蛍光体層が形成された第１基板と、上記第１基板と対向配置されているとともに、上記蛍光体層に向けて電子ビームを放出する多数の電子源が設けられた第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置され、上記電子源に対応した多数の電子ビーム透過孔が設けられた板状構造体と、を備え、上記板状構造体は、上記蛍光体層に対向しているとともに上記多数の電子ビーム通過孔が形成された有効部と、上記有効部の周囲に位置した無孔部と、を備えほぼ矩形状に形成され、上記板状構造体の角部は、上記第１基板および第２基板の少なくとも一方に固定され、上記板状構造体は、上記無孔部に形成された複数の凹部を有し上記第１基板および第２基板に対する熱膨張差を緩和する熱膨張緩和部、および、上記角部に形成され上記第１基板および第２基板に対する熱膨張差を緩和する熱膨張緩和部の少なくとも一方を備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成の平面表示装置においては、板状構造体に熱膨張差を緩和する熱膨張緩和部を設けることにより、製造時の第１基板、第２基板および板状構造体の熱膨張差を緩和し、第１および第２基板、あるいは板状構造体の破壊することなく、第１基板、第２基板および板状構造体を高精度に位置合わせすることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、平面表示装置としてＳＥＤに適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
ＳＥＤは絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる第１基板１２および第２基板１０を備え、これら第１および第２基板は１．０〜３．０ｍｍ程度の隙間を置いて対向配置されている。第２基板１０は第１基板１２よりも僅かに大きな寸法に形成される。また、第１基板１２および第２基板は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して、その周縁部同士が接合され、フラットな矩形状の真空外囲器１５が構成される。側壁１４は、例えば、低融点ガラスからなるフリットガラス２０、あるいはインジウム等により第１基板１２および第２基板１０の周縁部に封着されている。
【００１３】
第１基板１２の内面には蛍光体スクリーン１６がスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ等既存の形成法を用いて形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、電子線の衝突で赤、緑、青に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および蛍光体層の間に形成された黒色着色層を配列することにより構成される。各蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、ストライプ状あるいは矩形のドット状に形成される。
【００１４】
蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１７が真空蒸着やラミネート法等公知の技術を用いて形成されている。なお、第１基板１２と蛍光体スクリーン１６との間に、例えばＩＴＯ、ネサ（ＳｎＯ２）からなる透明導電膜、あるいはカラーフィルタ膜を設けてもよい。
【００１５】
第２基板１０の内面には、蛍光体層を励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の表面伝導型電子放出素子１８が形成されている。これらの電子放出素子１８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。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。また、第２基板１０上には、電子放出素子１８に電圧を印加するための図示しない多数本の配線がマトリック状に設けられている。
【００１６】
第１基板１２と第２基板１０との間には、板状構造体として矩形状のグリッド２４が設置されている。グリッド２４には、複数の柱状の第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが一体的に設けられ、グリッドの両面から突出している。そして、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、第１基板および第２基板の内面にそれぞれ当接し、真空外囲器１５に作用する大気圧荷重を支持している。
【００１７】
図２ないし図４に示すように、グリッド２４はガラスとほぼ等しい熱膨張係数を有した金属材料によってほぼ矩形状に形成されている。また、グリッド２４は、多数の電子ビーム通過孔が形成された矩形状の有効部４０と、有効部の周囲に位置した矩形枠状の無孔部４２と、を有している。
【００１８】
詳細に述べると、グリッド２４は第１基板１２の内面に対向した第１表面２４ａおよび第２基板１０の内面に対向した第２表面２４ｂを有している。そして、グリッド２４は、例えば、４隅が第１基板１２および第２基板１０の少なくとも一方に固定され、これらの基板と平行に配置されている。
【００１９】
また、グリッド２４は、蛍光体スクリーン１６に対向しているとともに多数の電子ビーム通過孔２６が形成された矩形状の有効部４０と、有効部の周囲に位置した矩形枠状の無孔部４２と、を有している。電子ビーム通過孔２６は、電子放出素子１８に対向して所定のピッチで配列されている。更に、グリッド２４には、複数のスペーサ開孔２８が形成されている。これらのスペーサ開孔２８は、有効部４０および無孔部４２の両方に所定のピッチで配列されている。
【００２０】
グリッド２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．２ｍｍに形成されているとともに、その表面には、例えば、低融点ガラスを塗布、焼成することにより形成した絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、金属板を酸化処理によって得られた酸化膜からなる絶縁膜であっても構わない。また、必要に応じて、これら絶縁膜上に高抵抗膜を形成してもよい。
【００２１】
グリッド２４の第１表面２４ａ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、その延出端は、メタルバック１７および蛍光体スクリーン１６の黒色着色層を介して第１基板１２の内面に当接している。グリッド２４の第２表面２４ｂ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、その延出端は、第２基板１０の内面に当接している。そして、各スペーサ開孔２８、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに整列して位置し、第１および第２スペーサはこのスペーサ開孔２８を介して互いに一体的に連結されている。
第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂの各々は、グリッド２４側から延出端に向かって径が小さくなった先細テーパ状に形成されている。
【００２２】
各スペーサ開孔２８の径は、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂのグリッド側端の径よりも十分に小さく設定されている。そして、第１スペーサ３０ａおよび第２スペーサ３０ｂをスペーサ開孔２８と同軸的に整列して一体的に設けることにより、第１および第２スペーサはスペーサ開孔を通して互いに連結され、グリッド２４を両面から挟み込んだ状態でグリッド２４と一体に形成されている。
【００２３】
図４および図５に示すように、グリッド２４は、無孔部４２の４隅に形成された熱膨張緩和部４４、および同じく無孔部４２の４隅に形成された位置決めマーク４６を備えている。
【００２４】
各熱膨張緩和部４４は、例えば、３ｍｍ×２ｍｍのほぼ長方形の第１貫通孔４７を、幅０．２ｍｍのブリッジ４８を挟んで２行３列に配列し、また、これら第１貫通孔４７の両側に形成された１．０ｍｍ×５．５ｍｍの一対の細長い第２貫通孔５０を配列して形成されている。第１貫通孔４７は、グリッド２４の対角軸とほぼ直交する方向に延び、第２貫通孔５０は対角軸と平行な方向に延びている。
【００２５】
そして、各熱膨張緩和部４４は、第１あるいは第２基板１２、１０に対するグリッド２４の固定部５１と有効部４０との間に設けられている。そして、各熱膨張緩和部４４は、第１基板１２、第２基板１０、およびグリッド２４が熱膨張した際、スプリング効果を発揮し、すなわち、グリッド２４の面方向に伸縮し、基板とグリッドとの間の熱膨張差を緩和する。
【００２６】
各位置決めマーク４６は、例えば、φ０．２ｍｍの貫通孔５２をピッチ０．５ｍｍで３行３列に配列して形成されている。そして、ＳＥＤを組立てる際、グリッド２４の位置決めマーク４６と第１および第２基板１２、１０の少なくとも一方に設けられた図示しない位置決めマークとを基準として、グリッド２４を第１および第２基板に対して位置決めする。
【００２７】
なお、位置決めマーク４６は少なくとも２箇所に設けられていればよく、その位置は任意に選択可能である。また、各位置決めマーク４６の形状は種々選択することができる。
【００２８】
次に、上記のように構成されたグリッド２４、スペーサ３０ａ、３０ｂ、およびこれを備えたＳＥＤの製造方法について説明する。
まず、グリッド２４の素材として、板厚０．１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ合金を基材を用意する。この基材に付着している圧延油や防錆油などを高温のアルカリ系溶液で脱脂し、水洗後、この基材の両面にカゼイン系レジストを塗布、乾燥し、厚さ数μｍの感光膜を形成する。続いて、基材の両面に一対のフォトマスクを真空密着した後、露光し、これらフォトマスクのパタ−ンを感光膜に焼き付ける。
【００２９】
次に、パタ−ンが焼き付けられた感光膜を、工水を用いて現像し、未感光部を除去し、更に、無水クロム酸による硬膜処理、水洗い、乾燥およびベ−キングを行ない、上記一対のフォトマスクのパタ−ンに対応するエッチングレジストパタ−ンを得る。この後、エッチングレジストパタ−ンに従って基材を塩化第二鉄エッチング液で両面からスプレ−エッチングし、多数の電子ビーム通過孔２６を形成する。そして、基材を水洗し、最後に、レジストパタ−ンをアルカリ系溶液で剥離することにより、多数の電子ビーム透過孔を有したグリッド２４が作成される。
【００３０】
また、電子ビーム通過孔２６を形成する際、同時に、熱膨張緩和部４４となる第１および第２貫通孔４７、５０、並びに、位置決めマーク４６となる貫通孔５２をエッチングにより形成する。なお、これらの貫通孔４７、５０、５２は、電子ビーム通過孔２６を形成後、レーザ光、放電加工等を用いて形成することも出来る。
【００３１】
続いて、金型を用いてグリッド２４の両面に柱状スペーサを形成する。金型は、グリッド２４の第１表面２４ａ上に形成するスペーサ用の第１金型と、第２表面２４ｂ上に形成するスペーサ用の第２金型との２個を用意する。各金型は、形成するスペーサの形状に対応した貫通孔を有した板状をなし、これらの貫通孔はグリッド２４のスペーサ開孔２８と対応する位置に設けられている。
【００３２】
まず、第１および第２金型間にグリッド２４を挟み込み密着させる。この状態で、紫外線硬化型の樹脂およびガラスフィラーを含むガラスペーストを、第１金型の貫通孔側から供給し、第１金型の貫通孔、グリッド２４のスペーサ開孔２８、および第２金型の貫通孔に充填する。
【００３３】
次に、紫外線によりガラスペーストを露光した後、グリッドに第１および第２金型を密着させた状態で、これらを３００℃程度で焼成する。これにより、第１および第２金型の貫通孔の内面に塗布された樹脂が分解除去され、貫通孔とスペーサとの間に間隙が形成される。その後、第１および第２金型をグリッド２４から取り外し、５００℃以上に加熱してガラスペーストから樹脂分を焼き飛ばすとともにガラスフィラーをガラス化する。これにより、グリッド２４の両面に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが形成される。
【００３４】
なお、金型を用いた製造方法では、金型の貫通孔と、グリッド２４のスペーサ開孔２８との間に精度の良い位置合わせが要求される。本実施の形態では、グリッド２４に形成された位置決めマーク４６の貫通孔５２を用い、この貫通孔に挿通したピンによりグリッド２４と金型との位置合わせを行った。
【００３５】
上記のように製造されたスペーサ付きのグリッド２４を用いてＳＥＤを製造する場合、予め、電子放出素子１８が設けられているとともに側壁１４が接合された第２基板１０と、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７の設けられた第１基板１０とを用意しておく。
【００３６】
そして、グリッド２４を、位置決めマーク４６を利用して第１あるいは第２基板１０、１２に位置決めした後、第１あるいは第２基板に固定する。この状態で、第１、第２基板１０、１２、およびグリッド２４を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁１４を介して第１基板１２を第２基板１０に接合する。これにより、グリッド２４を備えたＳＥＤが製造される。
【００３７】
以上のように構成されたＳＥＤによれば、例えば、製造時、第１基板１２、第２基板１０、およびグリッド２４が３００℃以上に加熱され熱膨張する。これらの基板とグリッド２４とはほぼ同一の熱膨張係数を有した材料により形成されているが、熱容量の差もあり、熱膨張量を完全に一致されることは難しい。しかし、上記構成のＳＥＤによれば、第１および第２基板１２、１０とグリッド２４との間に熱膨張差が生じた場合、グリッドの各熱膨張緩和部４４がスプリング効果を発揮し、すなわち、グリッド２４の面方向に伸縮し、第１および第２基板とグリッドとの間の熱膨張差を吸収あるいは緩和する。従って、熱膨張差に起因する基板およびグリッドの損傷を防止することできる。これにより、製造時における昇温、降温の勾配を急にすることができ、生産性の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
同時に、グリッド２４の電子ビーム通過孔２６を、第１基板１０上の蛍光体スクリーン１６および第２基板１２上の電子放出素子１８に対して正確な位置に保持することができ、画像品位の向上を図ることが可能となる。
【００３９】
実際に、上記実施の形態のように熱膨張緩和部４４を備えたグリッドを組み込んだＳＥＤと、熱膨張緩和部を持たないグリッドを組み込んだＳＥＤとを比較した結果、本実施の形態に係るＳＥＤでは、グリッド２４による電子ビームのケラレが減少し、ＳＥＤ全体としての輝度が上昇した。
【００４０】
なお、上述した実施の形態において、各熱膨張緩和部４４は複数の貫通孔により形成したが、これに限らず、図６に示すように、複数の切り込みあるいはスリット５４は、それぞれグリッド２４の対角軸と直交する方向に延びた複数列に形成されている。この場合、グリッド２４の熱膨張、特に、対角軸方向に沿った熱膨張を効果的に緩和することができる。
【００４１】
また、図７に示すように、各熱膨張緩和部４４は、グリッド２４を例えば、板厚の５０％程度ハーフエッチングすることによりパターン形成された複数の凹部５６によって構成しても良い。図７（ａ）に示す熱膨張緩和部４４によれば、複数の凹部５６は、それぞれグリッド２４の対角軸と直交する方向に延びた複数列に形成されている。この場合、グリッド２４の熱膨張、特に、対角軸方向に沿った熱膨張を効果的に緩和することができる。
【００４２】
図７（ｃ）に示す熱膨張緩和部４４によれば、複数の凹部５６は、それぞれグリッド２４の隅部に沿って円弧状に延びた複数列に形成されている。この場合、グリッド２４の熱膨張、特に、グリッドの中心に対し放射方向に沿った熱膨張を効果的に緩和することができる。
【００４３】
また、図８に示す熱膨張緩和部４４は、グリッド２４の一部を蛇腹状に折り曲げた複数の折曲げ部５８により形成されている。各折曲げ部５８は、例えば、グリッド２４の対角軸と直交する方向に延びている。グリッド２４の板厚方向に沿った折曲げ部５８の高さｈは約１ｍｍ程度に形成されている。この場合、グリッド２４の熱膨張、特に、グリッド２４の対角軸方向に沿った熱膨張を効果的に緩和することができる。
【００４４】
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、基板に対してグリッドを固定する位置は、グリッドの角部に限らず、グリッドの各辺の中間部等、任意に設定することが可能である。同様に、グリッドの熱膨張緩和部は、グリッドの角部に限らず、固定部の位置に応じて任意に設定可能である。
【００４５】
また、グリッドの熱膨張緩和部は、貫通孔、凹部、折曲げ部に限定されることなく、スプリング効果を有する構成であれば種々選択可能である。
【００４６】
更に、電子源は、表面導電型電子放出素子に限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等、種々選択可能である。また、この発明は、上述したＳＥＤに限定されることなく、他方式のＦＥＤにも適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、板状構造体に熱膨張差を緩和する熱膨張緩和部を設けることにより、製造時の第１基板、第２基板、および板状構造体の熱膨張差を緩和し、第１基板、第２基板、あるいは板状構造体の損傷を生じることなく、これら第１基板、第２基板、板状構造体を高精度で位置合わせでき、画像品位の向上した平面表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るＳＥＤを示す斜視図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って破断した上記ＳＥＤの斜視図。
【図３】上記ＳＥＤを拡大して示す断面図。
【図４】上記ＳＥＤにおけるグリッドの平面図。
【図５】上記グリッドの一部を拡大して示す平面図。
【図６】この発明の第２の実施の形態に係るＳＥＤのグリッドの熱膨張緩和部を示す平面図。
【図７】この発明の第３の実施の形態に係るＳＥＤのグリッドの熱膨張緩和部を示す平面図および断面図。
【図８】この発明の第４の実施の形態に係るＳＥＤのグリッドの熱膨張緩和部を示す断面図。
【符号の説明】
１０…第１基板
１２…第２基板
１４…側壁
１５…真空外囲器
１６…蛍光体スクリーン
１８…電子放出素子
２４…グリッド
２４ａ…第１表面
２４ｂ…第２表面
２６…電子ビーム通過孔
２８…スペーサ開孔
３０ａ…第１スペーサ
３０ｂ…第２スペーサ
４４…熱膨張緩和部
４６…位置決めマーク
４７、５０、５２…透孔
５４…切り込み
５６…凹部
５８…折曲げ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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