(57)【要約】【課題】スペーサが帯電してＦＥＤの映像にスペーサが映るようになるのを抑制できるＦＥＤ用スペーサ及びそのスペーサを備えたＦＥＤを提供する。【解決手段】フィールドエミッションディスプレイにおいて、２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサの全体もしくは表面部分を、負の抵抗温度係数を有する材料で形成し、断面積を高さ方向に連続的に変化させ、断面積の小さい側がカソード側に位置するようにする。アノード側からカソード側の間の電界が一様に変化する状態を実現でき、これにより、カソード側の電子放出源から放出された電子は、アノードに向かってまっすぐな力を受け、その軌道が曲がることがなくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサにおいて、少なくとも表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料で形成され、断面積が高さ方向に連続的に変化していることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項２】
前記断面積の小さい側の端部がカソード側に位置することを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項３】
前記負の抵抗温度係数を有する材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項４】
前記負の抵抗温度係数を有する材料からなる導電膜を表面部分に有することを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項５】
スペーサが半導体ガラスで一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項６】
スペーサがＷＯ３−Ｖ２Ｏ５−Ｐ２Ｏ５系ガラスで一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項７】
フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサにおいて、少なくとも表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料で形成され、スペーサの上下端に一定の温度差を設けた時にスペーサの抵抗値が５０Ω／ｍｍの揺らぎ範囲内で、下端から上端までの抵抗値が高さに比例していることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項８】
前記負の抵抗温度係数を有する材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項７記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項９】
前記負の抵抗温度係数を有する材料からなる導電膜を表面部分に有することを特徴とする請求項７記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項１０】
スペーサが半導体ガラスで一体に形成されていることを特徴とする請求項７記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項１１】
スペーサがＷＯ３−Ｖ２Ｏ５−Ｐ２Ｏ５系ガラスで一体に形成されていることを特徴とする請求項７記載のフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項１２】
フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサにおいて、抵抗温度係数が負の材料からなり、内部に温度分布を有するスペーサの全ての領域で電気抵抗率が１０７〜１０９Ωｃｍであることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ用スペーサ。
【請求項１３】
電子源を備えたカソード側のパネルガラスと、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード側のパネルガラスと、２つの前記パネルガラスの間に配置され両パネルガラスの間隔を保持するスペーサを具備するフィールドエミッションディスプレイにおいて、前記スペーサの少なくとも表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料により形成され、断面積が高さ方向に連続的に変化し、断面積の小さい側の端部が前記カソード側に位置していることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１４】
前記スペーサが負の抵抗温度係数を有する材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１３記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１５】
前記スペーサの表面に負の抵抗温度係数を有する材料からなる導電膜を有することを特徴とする請求項１３記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１６】
前記スペーサが半導体ガラスで一体に形成されていることを特徴とする請求項１３記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１７】
前記スペーサがＷＯ３−Ｖ２Ｏ５−Ｐ２Ｏ５系ガラスで一体に形成されていることを特徴とする請求項１３記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１８】
請求項７記載のスペーサを備えたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１９】
請求項１２記載のスペーサを備えたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスを等間隔に支持するためのスペーサに係り、また、このスペーサを備えたフィールドエミッションディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理装置或いはテレビジョン放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性を有すると共に軽量、省スペース化が図れることから、平面型表示装置（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）への関心が高まっている。この平面型表示装置の代表的なものが液晶表示装置やプラズマ表示装置であり、また、最近注目されているフィールドエミッションディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＦＥＤと称する）である。
【０００３】
ＦＥＤは冷陰極素子の電子放出素子をマトリクス状に配置した電子源を有する自発光型の表示装置である。電子放出素子としては、表面伝導型放出素子（ＳＥＤ型）、電界放出型素子（ＦＥ型）、金属／絶縁膜／金属型放出素子（ＭＩＭ型）などが知られている。
【０００４】
ＦＥＤでは、電子源が形成されたカソード側のパネルガラスと、電子源から放出された電子によって励起されて発光する蛍光体が形成されたアノード側のパネルガラスとの間に空間を設けて、この空間を真空雰囲気に保つ必要がある。真空に保たれた空間部が大気圧に耐えられるようにするために、通常、２つのパネルガラス間には多数のスペーサが配置される。
【０００５】
ＦＥＤにおける特有の課題として、電子源から放出された電子によってガラススペーサが帯電し、これにより電子ビームの軌道にずれが生じて、ＦＥＤの映像にスペーサが映るようになり、画質低下を招くことが知られている。ガラススペーサの帯電を防止するために、スペーサの表面に導電性を付与し、表面に微小電流が流れるようにすることが知られている。また、スペーサの断面形状を略台形形状にして、その台形形状の側面部がカソード側からアノード側へ向かって広がるようにすることが知られている(例えば、特許文献１、２参照)。また、スペーサの体積抵抗値を連続的に変化させることが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１には、スペーサの断面形状が略台形形状であることが記載されている。この発明の目的はスペーサからの二次電子放出を抑制するものであり、二次電子放出が最も小さくなるような電子線照射方向に対する傾き角度を計算し、それをスペーサ形状に反映したものである。ここで用いられているスペーサ基材は絶縁ガラスであり、その表面に帯電防止膜が形成されたものである。
【０００７】
特許文献２にも断面形状が台形と見られるスペーサの図が記載されている。この発明はスペーサの帯電を防止するために、スペーサ材料を電子放出源からなるべく離れるように工夫したものである。
【０００８】
特許文献３では、蛍光面で発生した二次電子によりスペーサが帯電しないようにスペーサの体積抵抗値を連続的に変化させている。具体的には導電性粉体を含有するスペーサの高さ方向に、導電性粉体の濃度を連続的に変化させるとされている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２５１６４９号公報（要約）
【特許文献２】特開平６−１７６６９８号公報（図１）
【特許文献３】特開２００４−３１１２４７号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
絶縁性ガラスの表面に導電性薄膜を成膜した、断面形状が長方形のスペーサにおいて、導電性薄膜は金属粒子を分散したものであり、電気抵抗の温度依存性が基本的に少なく、そのためＦＥＤの映像にスペーサが映りにくい。しかし、時間の経過につれて金属粒子同士の凝集或いは金属粒子の酸化が進行し、電気特性に変化が生じて、ＦＥＤの映像にスペーサが映ってくるようになる。
【００１１】
導電性ガラスを用いたスペーサの場合には、温度一定の条件下では電気抵抗率が一定のためスペーサとして機能する。しかし、アノード側のパネルガラスは大気側にあり、カソード側のパネルガラスに比べて温度が上がりにくいこと、また、カソード側には電子源を制御する回路が備えられており発熱することから、スペーサの温度はカソード側が高くなり、アノード側が低くなる。これにより電気抵抗率が変化して、スペーサ表面電位分布が乱れることにより、電子軌道が曲がり、ＦＥＤの映像にスペーサが映るようになる。
【００１２】
本発明の目的は、スペーサが帯電してＦＥＤの映像にスペーサが映るようになるのを抑制できるＦＥＤ用スペーサ及びそのスペーサを備えたＦＥＤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサにおいて、少なくとも表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料で形成され、断面積が高さ方向に連続的に変化していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサにおいて、少なくとも表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料で形成され、スペーサの上下端に一定の温度差を設けた時にスペーサの抵抗値が５０Ω／ｍｍの揺らぎ範囲内で、下端から上端までの抵抗値が高さに比例していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、フィールドエミッションディスプレイを構成する２枚のパネルガラスの間隔を保持するスペーサにおいて、抵抗温度係数が負の材料からなり、内部に温度分布を有するスペーサの全ての領域で電気抵抗率が１０７〜１０９Ωｃｍであることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、電子源を備えたカソード側のパネルガラスと、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード側のパネルガラスと、２つの前記パネルガラスの間に配置され両パネルガラスの間隔を保持するスペーサを具備するフィールドエミッションディスプレイにおいて、前記スペーサの少なくとも表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料により形成され、断面積が高さ方向に連続的に変化し、断面積の小さい側の端部がカソード側に位置していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、フィールドエミッションディスプレイにおいて、スペーサの全体又は表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料で形成され、スペーサの上下端に一定の温度差を設けた時にスペーサの抵抗値が５０Ω／ｍｍの揺らぎ範囲内で、下端から上端までの抵抗値が高さに比例していることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、フィールドエミッションディスプレイにおいて、スペーサが負の抵抗温度係数を有する材料で形成され、内部に温度分布を有するスペーサの全ての領域で電気抵抗率が１０７〜１０９Ωｃｍであることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、カソード基板とアノード基板の間に温度差を有するフィールドエミッションディスプレイ用のスペーサを提供するものであり、導電性を有するガラスからなるスペーサ上の温度分布に依存した断面形状を提供するものである。
【００２０】
本発明にて紹介した従来例は、絶縁ガラスに帯電防止膜を形成したスペーサに関するものであり、基板やスペーサの温度は加味されていない。また、そのスペーサ形状は基板間の温度差に依存しないものであり、本発明とは区別される。
【発明の効果】
【００２１】
スペーサの局部的な「単位長さあたりの電気抵抗値」が高さ方向に一定となり、その結果、スペーサに垂直方向の電界分布が一定となり、電子放出源から放出された電子の軌道が曲がりにくくなるので、ＦＥＤの映像にスペーサが映りにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
導電性ガラスをスペーサに用いた場合の課題と、ＦＥＤの映像にスペーサが映る理由並びにその対策に関して、順を追って説明する。
【００２３】
導電性ガラスの電気的特性は半導体的なものが多く、温度が高くなる程にその電気抵抗率が減少する。
【００２４】
導電性ガラスをスペーサとして用いれば、温度一定の条件では電気抵抗率が一定のためスペーサとして機能するが、スペーサの温度が変化することにより電気抵抗率が変化し、その結果、スペーサ表面電位分布が乱れ、また、スペーサ表面が帯電する場合がある。
【００２５】
ＦＥＤの電子源を制御する回路系は発熱するため、導電性ガラスを用いた断面形状が長方形のスペーサでは、アノード側よりカソード側のスペーサ温度が高くなり、その結果、ＦＥＤの映像にスペーサが映ってしまう。
【００２６】
ＦＥＤの電子源を制御する回路系はパネルのカソード側に位置し、アノード側は大気に面していることから、必然的にカソード側とアノード側の温度差が生じる。カソード側の温度が高い。
【００２７】
従って、アノードとカソードの間に立つ柱としてのスペーサの温度分布は、アノード側では低温、カソード側では高温の状態になる。
【００２８】
スペーサの材料である導電性ガラスの電気抵抗率は温度に依存するため、スペーサの電気抵抗率は、アノード側付近では高く、カソード側付近では低くなる。
【００２９】
スペーサの高さ方向に電気抵抗率のムラが生じる結果、電子源より放出された電子の軌道が曲がり、その結果、ＦＥＤの映像にスペーサが映ってしまう。
【００３０】
ＦＥＤにおいて理想的な状態は、アノード側（０ｋＶ；ｘ−ｙ平面）からカソード側（１５ｋＶ；ｘ−ｙ平面）の間の電界が一様に変化する状態、つまり、等電位面が完全にアノード面にもカソード面にも平行な平面であり、その電位が高さ（ｚ方向）に比例して線形的に変化する状態である。アノードとカソードの間に柱として存在するスペーサの電位は、等電位面と同じ電位である。この時、スペーサの局部的な電気抵抗値は高さ（ｚ）方向に一様に変化する。その結果、カソード側の電子放出源から放出された電子は、アノードに向かってｚ方向のまっすぐな力を受け、その軌道が曲がることがない。
【００３１】
一方、スペーサの局部的な電気抵抗値が温度に依存して変化する場合、ある高さｚの等電位面と、同じ高さｚにおけるスペーサの電位が異なることになる。その結果、等電位面はアノード面やカソード面と平行な位置関係を保つことができず、３次元的にゆがんだ形状になる。その結果、電子放出源から放出された電子は、ｚ方向以外のｘ、ｙ方向にも力を受けることになり、その結果、ＦＥＤの映像にスペーサが映ってしまう。
【００３２】
この対策としては、スペーサの高さ方向（アノード側からカソード側に向かう方向）に、電気抵抗率の分布ムラがないようにすることが必要になる。
【００３３】
抵抗温度係数が負の材料からなり、内部に温度分布を有するスペーサの任意の微量領域における電気抵抗率が１０７〜１０９Ωｃｍであるスペーサを用いる。これによって、スペーサ周辺から高さｚまでの間の電気抵抗値が、或る程度の揺らぎはあるものの、高さｚに比例したスペーサとなる。この結果、スペーサと垂直方向の電界分布が保たれ、電子ビームが曲げられることが無くなる。
【００３４】
また、アノード側のスペーサの断面積を大きくし、カソード側に近くなるほど断面積を小さくして、単位長さあたりの電気抵抗値が温度に無依存になるように調整する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明に係るスペーサを示した概略断面図である。図２は、本発明のスペーサを備えたＦＥＤの一例を示したものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における概略断面図である。図３は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を拡大して詳細に示した断面図である。
【００３６】
カソード側のパネルガラス２１０は、内面側に信号線（データ線、カソード電極線）２１２と走査線（ゲート電極線）２１３を有しており、この信号線と走査線の交差部近傍に、電子放出素子をマトリクス状に配置した電子源２１４が形成されている。
【００３７】
アノード側のパネルガラス２２０は、内面側に遮光膜（ブラックマトリクス）２２２と、アノード（メタルバック）２２３及び蛍光体層２２４等を有している。蛍光体層は電子の衝突で赤、青、緑に発光する画素を有し、それらの画素が遮光膜を介して配置されている。
【００３８】
パネルガラス２１０とパネルガラス２２０の内周縁部には封止枠（枠ガラス）２４０が設けられ、封着剤により接着され、封止接着層２４５が形成されている。これによって、パネルガラス２１０とパネルガラス２２０との間に空間部分が形成される。この空間部分は通常、１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒの圧力の真空雰囲気に保持され、表示領域２５０となる。
【００３９】
パネルガラス２１０に形成された走査線２１３とパネルガラス２２０に形成された遮光膜（ブラックマトリクス）２２２との間には、ガラス材料で作られた多数のスペーサ１００が配置されており、これらのスペーサは導電性接着層１１５を介してパネルガラスに接着されている。導電性接着層１１５の材料には、例えばフリットガラスを用いることができる。パネルガラス２１０とパネルガラス２２０の間隔は、通常、３〜５ｍｍ程度に保たれる。
【００４０】
このように構成されたＦＥＤにおいて、パネルガラス２１０のカソードとパネルガラス２２０のアノードとの間に数〜十数ｋＶ、通常は３〜１５ｋＶ程度の加速電圧を印加すると、電子源２１４から放出された電子ビームが加速電圧によって蛍光体層２２４に衝突し、蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００４１】
スペーサ１００は、図１に示すように、断面形状が台形もしくは台形に近い形状であり、カソード側からアノード側に向かうにつれて幅が広がっている。つまり、スペーサのｚ方向の断面積が、ｚ座標に応じて直線的に増加している。このようにすることによって、単位長さあたりの電気抵抗値が温度に無依存になり、スペーサの微少領域ｄｚの電気抵抗値が「ｚ座標に依存せず一定値をとる」ようになる。
【００４２】
スペーサは、全体又は表面部分が負の抵抗温度係数を有する材料で形成される。負の抵抗温度係数を有する材料として半導体ガラスがあり、ＷＯ３系ガラスやＶ２Ｏ５系ガラス等の半導体ガラスはスペーサ材料として好適である。ＷＯ３−Ｖ２Ｏ５−Ｐ２Ｏ５系ガラスは特に好適である。また、スペーサの断面形状は、図１に示すように台形或いは略台形の形状が望ましいが、これに限らず、例えばカソード側からアノード側に向かって緩やかな曲線を描いて幅が大きくなる末広がり形状でも良い。
【００４３】
以下、スペーサの電気抵抗値等を測定した実験結果について説明する。なお、以下の説明において、「上底」、「下底」の用語は図１のように定義する。
【００４４】
スペーサ材料には、遷移金属元素を含むリン酸系ガラスよりなる導電性ガラスを用い、一体に形成した。このリン酸系ガラスは、重量百分率で３５ｗｔ％ＷＯ３、２４ｗｔ％Ｐ２Ｏ５、１５ｗｔ％Ｖ２Ｏ５、１５ｗｔ％ＢａＯ、５ｗｔ％ＳｒＯ、５ｗｔ％Ｇｄ２Ｏ３、１．０ｗｔ％ＣｅＯ２を含有している。
【００４５】
測定の結果、このリン酸系ガラスの室温における電気抵抗率は８×１０８Ωｃｍ、抵抗温度係数は０．０１％／℃であった。
【００４６】
このガラスを用いて、下底を０．１ｍｍとし、上底を０．２〜０．２５ｍｍの範囲で適宜に変えたガラススペーサを作製した。これらのスペーサをＦＥＤパネルに組み込んでしまえば、スペーサの温度分布や電気抵抗値の測定ができなくなるので、ホットプレートを用い、同ガラススペーサの下底を８０℃に、上底を２５℃に保った状態で各種の測定を行った。
【００４７】
図４にスペーサの温度をｚ方向に、０．１ｍｍ間隔で測定した結果を示す。温度分布はｚ方向に直線的である。
【００４８】
図５は図４のスペーサ温度分布に応じて計算した、電気抵抗率（Ωｃｍ）のｚ方向の変化を示している。本実施例で用いたガラスは半導体的な性質を有するため、高温領域になるに従い、電気抵抗率は低くなる。
【００４９】
図６は、作製した下底０．１ｍｍ、上底０．２〜０．２５ｍｍのガラススペーサの、微少領域ｄｚ部の電気抵抗値を、ｚ方向に０．１ｍｍ間隔で測定した結果を示している。ここには、比較のために、下底と上底がいずれも０．１ｍｍで、断面形状が変化していないスペーサの電気抵抗値も示した。抵抗温度係数が０．０１％／℃、上底と下底の温度差が５５℃の条件で、下底の幅を０．１ｍｍにした場合、上底の幅は０．２２５ｍｍくらいにすれば、微少領域ｄｚ部の電気抵抗値はｚに依存せずに一定値となることがわかる。その結果、スペーサの電気抵抗値は高さ（ｚ）方向に直線的に変化することになる。よって、ＦＥＤにおいて理想的な状態、すなわちアノード側（０ｋＶ；ｘ−ｙ平面）からカソード側（１５ｋＶ；ｘ−ｙ平面）の間の電界が一様に変化する状態を実現できることになる。これにより、カソード側の電子放出源から放出された電子は、アノードに向かってｚ方向のまっすぐな力を受け、その軌道が曲がることがなくなる。
【００５０】
上底０．２２５ｍｍのスペーサを組み込んだ、パネル間隔が３ｍｍのＦＥＤ試作品にて電子ビームの曲がり具合を観察した結果、アノード側の温度が１８℃〜３３℃の範囲で、電子ビームの軌道の曲がりは計測不能であった。つまり、ＦＥＤ画面にスペーサが映らなかった。
【００５１】
以上の実施例は、スペーサの断面積を高さ方向で変えた場合について説明したが、抵抗温度係数が負の材料からなるスペーサの上下端に一定の温度差を設けたときに、スペーサの抵抗値が５０Ω／ｍｍの揺らぎの範囲で、スペーサ底辺から全ての高さまでの抵抗値が高さに比例する状態を実現できるならば、断面積を変えなくてもよい。また、抵抗温度係数が負の材料からなり、内部に温度分布を有するスペーサの全ての微小領域で、その電気抵抗率を１０７〜１０９Ωｃｍの範囲にできるならば、断面積を変える方法に限定されない。例えば、スペーサの厚さを一定とし、半導体ガラスの孔の大きさ、孔の数を高さ方向で変えることで実現しても良い。また、金属粒子を分散させた導電膜を表面に形成したスペーサの場合には、金属粒子の量をスペーサの高さ方向で変えることで実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例によるスペーサの断面図である。
【図２】ＦＥＤの全体構造を示したものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図３】ＦＥＤの一部分を詳細に示した断面図である。
【図４】スペーサの温度分布を示した図である。
【図５】温度分布に対応したスペーサの電気抵抗率を示す図である。
【図６】スペーサの電気抵抗値（Ω）を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…スペーサ、１１５…導電性接着層、２１０…パネルガラス、２１２…信号線、２１３…走査線、２１４…電子源、２２０…パネルガラス、２２２…遮光膜（ブラックマトリクス）、２２３…アノード、２２４…蛍光体層、２４０…封止枠、２４５…封止接着層、２５０…表示領域。
【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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