(57)【要約】【課題】カソード基板上で単位面積当たりの電子放出素子の数を減らさなくても、スペーサに電子が衝突することを確実に防止することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】カソード基板とアノード基板とを板状のスペーサ２１を介して貼り合わせた構成の表示パネルを備える表示装置の構成として、カソード基板からほぼ直角に起立するスペーサの高さ方向Ｙにおいて、スペーサ２１の単位長さ当たりの抵抗値が、カソード基板側よりもアノード基板側で大きくなるように、スペーサ２１の抵抗分布に勾配を持たせた。【選択図】図４
2005026176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード基板とアノード基板とをスペーサを介して貼り合わせた構成の表示パネルを備える表示装置であって、
前記カソード基板からほぼ直角に起立する前記スペーサの高さ方向において、前記スペーサの単位長さ当たりの抵抗値が、前記カソード基板側よりも前記アノード基板側で大きい
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記アノード基板と対向する前記カソード基板上に電界放出型電子放出素子を有する
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記スペーサの基材が、ガラス又はセラミックスからなる
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
前記スペーサの基材の表面に、高抵抗材料からなる薄膜が設けられている
ことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード基板とアノード基板とをスペーサを介して貼り合わせた構成の表示パネルを備える表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空中におかれた金属等の導体あるいは半導体の表面に、ある閾値以上の電界を与えると、トンネル効果によって電子が障壁を通過し、常温時においても真空中に電子が放出される。この現象は電界放出(Field Emission)と呼ばれ、これによって電子を放出する素子は電界放出型素子(Field Emission Device)と呼ばれている。近年では、電界放出型の電子放出素子をエミッタとして用いたＦＥＤ(Field Emission Display)が注目されている。ＦＥＤは、多数の電子放出素子がカソード基板上に半導体加工技術等を駆使して形成された表示パネルを備えるフラットディスプレイ装置（平面型の表示装置）である。このＦＥＤでは、電気的に選択（アドレッシング）された電子放出素子から電界の集中によって電子を放出させるとともに、この電子をアノード基板側の蛍光体に衝突させて、蛍光体の励起・発光により画像を表示している。
【０００３】
ＦＥＤの表示パネルは、その構造上、カソード基板とアノード基板とを微小なギャップを介して対向状態に配置し、その間のギャップ空間部を真空状態に封止している。そのため、カソード基板やアノード基板が大気圧に耐えられるよう、それらの基板の間にスペーサを介装し、このスペーサで両基板を支持している。ＦＥＤに用いられるスペーサとしては、長尺の薄板状に形成されたものが知られている。スペーサはアノード基板に組み付けられる。スペーサの寸法は、例えば、高さ寸法が１〜２ｍｍで、厚み寸法が０．０５〜０．１ｍｍといった具合に非常にアスペクト比が高いものとなる。したがって、アノード基板上にはスペーサを起立状態に支持するための支持体が形成されている。アノード基板へのスペーサの組み付け技術に関しては、例えば下記特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
また一般に、ＦＥＤは、アノード電極に印加されるアノード電圧の違いによって高圧型と低圧型に大別される。高圧型ＦＥＤでは、実動作時に高圧のアノード電圧（数ｋＶ程度）が加えられるため、アノード電極とカソード電極との間の電位差が大きくなる。その際、アノード電極とカソード電極との間に介在するスペーサの電気的な抵抗値が小さいと、その電極間でスペーサに流れる電流量が多くなり、ＦＥＤの消費電力が増える。そのため、スペーサ材料には、十分に高い抵抗率（比抵抗）を有するアルミナ等のセラミックス材料やソーダガラス等のガラス材料が用いられている。
【０００５】
また、電子放出素子から放出された電子は、理想的には蛍光体に向かって真っ直ぐに進むことが望ましいものの、実際にスペーサの近傍で種々の要因によりビーム軌道が曲げられる。その場合、電子放出素子から放出された電子がスペーサの表面に衝突すると、そこから二次電子が発生する。このとき、スペーサに衝突した電子の数とそこから発生した二次電子の数がアンバランスになると、スペーサの表面が正又は負に帯電し、これが原因で放電が発生することがある。そのため、電子放出素子から放出された電子は、できるだけスペーサに衝突しないことが望ましい。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５６１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スペーサに電子が衝突しないようにするには、現状よりもスペーサから大きく離れた位置に電子放出素子を配置すればよい。ただし、そのような条件で電子放出素子を配置すると、スペーサを間に挟んで隣り合う電子放出素子間の距離が長くなり、それに合わせて他の部分でも電子放出素子間の距離を長く設定する必要がある。そのため、カソード基板上では電子放出素子間の距離が長くなる分だけ単位面積当たりの電子放出素子の数が少なくなる。その結果、ＦＥＤの高輝度化を図るうえで不利益を被ることになる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、カソード基板上で単位面積当たりの電子放出素子の数を減らさなくても、スペーサに電子が衝突することを確実に防止することが可能な表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る表示装置は、カソード基板とアノード基板とをスペーサを介して貼り合わせた構成の表示パネルを備えるものであって、カソード基板からほぼ直角に起立するスペーサの高さ方向において、このスペーサの単位長さ当たりの抵抗値が、カソード基板側よりもアノード基板側で大きい構成となっている。
【００１０】
上記構成の表示装置においては、スペーサの高さ方向で単位長さ当たりの抵抗値がカソード基板側よりもアノード基板側で大きくなるよう、スペーサの抵抗分布に勾配（高低差）を持たせることにより、カソード基板とアノード基板の間でスペーサに電圧が加わったときに、スペーサの高さ方向で分圧された等電位線の形状がアノード基板側に凸の形状となる。したがって、スペーサの近傍を通過する電子ビームの軌道が、スペーサから離れる方向に曲げられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スペーサの高さ方向で単位長さ当たりの抵抗値がカソード基板側よりもアノード基板側で大きくなるよう、スペーサの抵抗分布に勾配（高低差）を持たせることにより、スペーサの近傍を通過する電子ビームの軌道がスペーサから離れる方向に曲げられるようになる。そのため、カソード基板上で単位面積当たりの電子放出素子の数を減らさなくても、スペーサに電子が衝突することを確実に防止することができる。その結果、スペーサの帯電防止と表示装置の高輝度化を同時に実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明が適用される表示装置の一例としてＦＥＤの表示パネルの構成を示す断面図であり、図２はその表示パネルの構成を示す斜視図である。図１及び図２においては、平板状のカソード基板１と、同じく平板状のアノード基板２とを、所定の間隙を介して互いに平行かつ対向する状態に配置するとともに、それら２つの基板１，２の間に長方形の枠体３を介装して一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体（表示パネル）が構成されている。
【００１４】
カソード基板１上には複数の電子放出部が形成されている。これら複数の電子放出部は、カソード基板１の有効領域（実際に表示部分として機能する領域）に２次元マトリックス状に多数形成されている。各々の電子放出部は、カソード基板１のベースとなる絶縁性の支持基板（例えば、ガラス基板）４と、この支持基板４上に積層状態で順に形成されたカソード電極５、絶縁層６及びゲート電極７と、ゲート電極７及び絶縁層６に形成されたゲートホール８と、このゲートホール８の底部に形成された電子放出素子９とによって構成されている。
【００１５】
カソード電極５は、複数のカソードラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲート電極７は、各々のカソードラインと交差（直交）する複数のゲートラインを形成するようにストライプ状に形成されている。ゲートホール８は、ゲート電極７に形成された第１の開口部８Ａと、この第１の開口部８Ａに連通する状態で絶縁層６に形成された第２の開口部８Ｂとから構成されている。電子放出素子９は、電子の放出源（エミッタ）となるもので、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を円錐状に形成した、いわゆるスピント型のエミッタ構造を有する。この電子放出素子９は、先ず、絶縁層６及びゲート電極７にそれぞれ開口部８Ａ，８Ｂを形成した状態でゲート電極７上に例えばアルミニウムの斜め蒸着によって剥離層（不図示）を形成し、次いで、エミッタ材料となる高融点金属（Ｍｏ等）を垂直に蒸着することでホール開口径を徐々に縮めてゲートホール８の底部にエミッタ材料を円錐状に堆積させ、その後、不要なエミッタ材料を剥離層と一緒に取り除くことにより得られるものである。
【００１６】
一方、アノード基板２は、ベースとなる透明基板（例えば、ガラス基板）１２と、この透明基板１２上に形成された蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４と、これら蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４を覆う状態で透明基板１２上に形成されたアノード電極１５とを備えて構成されている。蛍光体層１３は、赤色発光用の蛍光体層１３Ｒと、緑色発光用の蛍光体層１３Ｇと、青色発光用の蛍光体層１３Ｂとから構成されている。ブラックマトリックス１４は、各色発光用の蛍光体層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの間に形成されている。アノード電極１５は、例えばアルミニウムによって構成されるもので、これは、カソード基板１の電子放出素子と対向するように、アノード基板２の有効領域の全域に積層状態で形成されている。
【００１７】
これらのカソード基板１とアノード基板２とは、それぞれの外周部（周縁部）で枠体３を介して接合されている。また、カソード基板１の無効領域（有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域）には真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じ切られるチップ管１７が接続されている。ただし、図１は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管１７は既に封じ切られた状態となっている。また、図１及び図２においては、各々の基板１，２間のギャップ部分に介装される真空耐圧用のスペーサの表示を省略している。
【００１８】
上記構成のパネル構造を有する表示装置においては、カソード電極５に相対的な負電圧が走査回路１８から印加され、ゲート電極７には相対的な正電圧が制御回路１９から印加され、アノード電極１５にはゲート電極７よりも更に高い正電圧が加速電源２０から印加される。かかる表示装置において、実際に画像の表示を行う場合は、カソード電極５に走査回路１８から走査信号を入力し、ゲート電極７に制御回路１９からビデオ信号を入力する。
【００１９】
これにより、カソード電極５とゲート電極７との間に電圧が印加され、これによって電子放出素子９の先鋭部に電界が集中することにより、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて電子放出素子９から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極１５に引き付けられてアノード基板２側に移動し、透明基板１２上の蛍光体層１３（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）に衝突する。その結果、蛍光体層１３が電子の衝突により励起されて発光するため、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。
【００２０】
図３はスペーサの取付状態を示す一部破断部分を含む斜視図である。図においては、カソード基板１とアノード基板２との対向部分（ギャップ空間部）に複数のスペーサ２１が介装されている。スペーサ２１は、真空容器を構成する表示パネルが大気圧の影響で変形したり破壊したりしないように支える真空耐圧用の支持部材となるもので、例えばセラミックス、ガラス等の絶縁材料を用いて長尺の薄板状に形成されている。このスペーサ２１は、ＦＥＤの一連の製造プロセスのなかで、アノード基板２上に予め所定数のスペーサ２１を組み付けて、カソード基板１とアノード基板２とをスペーサ２１を介して貼り合わせることにより、それらの基板１，２間に介装されるものである。また、カソード基板１に対しては、その基板面からほぼ直角に起立する状態（ほぼ直立状態）でスペーサ２１が組み付けられ、アノード基板２に対しても、その基板面からほぼ直角に起立する状態（ほぼ直立状態）でスペーサ２１が組み付けられる。
【００２１】
スペーサ２１の材料に用いられるセラミックスとしては、ムライトやアルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコニア、コーディオライト、硼珪酸塩バリウム、珪酸鉄、ガラスセラミックス材料、これらに、酸化チタンや酸化クロム、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化ニッケルを添加したもの等を例示することができる。この場合、所謂グリーンシートを成形して、グリーンシートを焼成し、かかるグリーンシート焼成品を切断することによってスペーサを製造することができる。また、スペーサ２１の材料に用いられるガラスとしては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減じたガラス、ソーダライムガラス等を例示することができる。
【００２２】
図４は本発明の実施形態に係るスペーサの構造例を示す斜視図である。図示のようにスペーサ２１は、例えば厚み寸法が０．０５〜０．１ｍｍの薄板状をなすもので、側面から見ると横長の長方形（長尺状）に形成されている。ここで、本明細書においては、スペーサ２１の長手方向Ｘと直角をなす、スペーサ２１の短手方向Ｙを「スペーサの高さ方向」又は「スペーサの幅方向」と記述する。「スペーサの高さ方向」とは、実際にスペーサ２１をカソード基板１とアノード基板２の間に組み付けた状態での方向性を示す表現であり、「スペーサの幅方向」とは、スペーサ２１単体での方向性を示す表現である。よって、組み立ての完了した表示パネルの状態では、「スペーサの高さ方向」が「表示パネルの厚み方向」と同じ方向になる。
【００２３】
スペーサ２１の長辺側の各端面には、それぞれ電極（以下、エッジ電極）２２Ａ，２２Ｂが形成されている。各々のエッジ電極２２Ａ，２２Ｂは、スペーサ２１の長手方向Ｘに沿ってライン状（一直線状）に形成されるとともに、スペーサ長手方向Ｘの一端から他端（スペーサ長手方向Ｘの全域）にわたって一様な厚みで連続的に形成されている。
【００２４】
上記エッジ電極２２Ａ，２２Ｂのうち、エッジ電極２２Ａは、カソード基板１とスペーサ２１との突き合わせ部分で、カソード電極５に近接（又は当接）した状態に配置され、エッジ電極２２Ｂは、アノード基板２とスペーサ２１との突き合わせ部分で、アノード電極１５に近接（又は当接）した状態に配置される。また、各々のエッジ電極２２Ａ，２２Ｂは、例えば白金（Ｐｔ）等の金属を用いた低抵抗の電極材料により形成される。これらのエッジ電極２２Ａ，２２Ｂは、組み立ての完了した表示パネルを駆動したときに、カソード基板１とスペーサ２１との突き合わせ部分や、アノード基板２とスペーサ２１との突き合わせ部分で、それぞれスペーサ長手方向の電位分布を均一化し、その部分の電界を安定化させる役目を果たす。
【００２５】
また、スペーサ２１の電気的な抵抗分布は、スペーサの高さ方向（図４のＹ方向）で所定の勾配を持っている。すなわち、スペーサの高さ方向においては、スペーサ２１の単位長さ当たりの抵抗値に高低差が付けられている。具体的には、スペーサの高さ方向で単位長さ当たりの抵抗値を比較すると、カソード基板１側よりもアノード基板２側で抵抗値が相対的に大きくなっている。
【００２６】
したがって、例えば図５（Ａ）に示すように、スペーサ２１の表面（一側面）にスペーサ長手方向に沿う複数のライン状の測定用電極２３〜２９を形成するとともに、これら複数の測定用電極２３〜２９をスペーサの高さ方向で等ピッチに配置し、互いに隣り合う電極間の抵抗値を測定した場合は、次のような測定結果が得られる。この場合、カソード基板１側に向くエッジ電極２２Ａと測定用電極２３との間の抵抗値をＲ１、測定用電極２３，２４間の抵抗をＲ２、測定用電極２４，２５間の抵抗をＲ３、測定用電極２５，２６間の抵抗をＲ４、測定用電極２６，２７間の抵抗をＲ５、測定用電極２７，２８間の抵抗をＲ６、測定用電極２８，２９間の抵抗をＲ７、測定用電極２９とアノード基板側に向くエッジ電極２２Ｂとの間の抵抗をＲ８とすると、それらの抵抗値の大小関係は次のようになる。
【００２７】
すなわち、従来のようにスペーサの高さ方向で均一な抵抗分布を持つスペーサを用いた場合は、各々の電極間の抵抗値が一定の値で推移する。これに対して、本発明の実施形態のようにスペーサの高さ方向で抵抗分布に勾配を持たせたスペーサを用いた場合は、測定位置がカソード基板側からアノード基板側に移るにしたがって抵抗値が徐々に大きくなる。
【００２８】
このような抵抗分布をスペーサ２１に持たせるための手段としては、第１に、スペーサの高さ方向でスペーサ基材の組成を調整することにより、スペーサの抵抗分布に勾配（傾斜）を持たせるもの、第２に、スペーサの高さ方向でスペーサの厚みに差をつけることにより、スペーサの抵抗分布に勾配を持たせるもの、第３に、スペーサの表面にコーティング処理することにより、スペーサの抵抗分布に勾配を持たせるものが考えられる。
【００２９】
より具体的に記述すると、第１の手段では、例えばスペーサ基材にセラミックスを用いる場合、セラミックスを熱処理する際に、スペーサの幅方向（スペーサの高さ方向）に温度傾斜を付けて処理することにより、セラミックスの組成を調整し、所望の抵抗分布を得る。
【００３０】
第２の手段では、例えばスペーサ材料となる板状の基材を表面研磨するときに、スペーサの高さ方向において、カソード基板側が相対的に厚く、アノード基板側が相対的に薄くなるように、スペーサの厚みを調整することにより、所望の抵抗分布を得る。この場合、スペーサの断面形状は、台形か、それに近似した形状となる。また、スペーサの高さ方向においては、スペーサの厚みが厚い部分は薄い部分に比べて相対的に抵抗値が小さくなる。したがって、スペーサの高さ方向の抵抗分布としては、アノード基板側がカソード基板側よりも高抵抗となる。
【００３１】
第３の手段では、スペーサ基材としてセラミックス、ガラス等の絶縁材料を用いた場合に、スペーサの表面処理として、高抵抗を有する材料、例えば炭化珪素等の金属炭化物、又は金属窒化物、或いは金属酸化物の薄膜をコーティングすることにより、所望の抵抗分布を得る。この場合、スペーサ基材の表面に薄膜を形成するときの膜厚を制御することにより、スペーサの抵抗分布を調整することができる。具体的には、スペーサの高さ方向において、アノード基板側の膜厚がカソード基板側よりも薄くなるように制御することにより、アノード基板側がカソード基板側よりも高抵抗となる。
【００３２】
ちなみに、金属炭化物を用いてスペーサ２１の表面に薄膜を形成する場合の方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を採用することができる。また、金属窒化物を用いてスペーサ２１の表面に薄膜を形成する場合の方法としては、スパッタ法、窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法等を採用することができる。また、金属酸化物を用いてスペーサ２１の表面に薄膜を形成場合の方法としては、スパッタ法、酸素ガス雰囲気中での反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法等のほか、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法などを採用することができる。
【００３３】
このようにスペーサの高さ方向で単位長さ当たりの抵抗値がカソード基板１側よりもアノード基板２側で大きくなるように、スペーサ２１の抵抗分布に傾き（高低差）を持たせることにより、表示パネルの動作時にアノード電極１５とカソード電極５の間に電圧が加わった場合に、スペーサの高さ方向では、スペーサ２１の抵抗分布に応じて印加電圧が分圧される。これにより、スペーサの高さ方向における等電位線の分布密度は、スペーサの抵抗が相対的に高いアノード基板２側で密になり、スペーサの抵抗が相対的に低いカソード基板側で粗になる。したがって、スペーサの高さ方向の電位分布を示す等電位線はアノード基板２側に凸の形状になる。
【００３４】
一方、電子放出素子９から放出された電子は等電位線と直交する方向に進む。そのため、従来のようにスペーサの高さ方向で均一な抵抗分布を持つスペーサを用いた場合は、上記印加電圧Ｈｖがスペーサの高さ方向で均等に分圧されるため、図６（Ａ）に示すように、等電位線Ｌ１〜Ｌ９の形状がカソード基板１やアノード基板２とほぼ平行な直線形状となる。したがって、電子放出素子９から放出された電子は、ほぼ真っ直ぐに進んでアノード基板２に達する。
【００３５】
これに対して、本実施形態のようにスペーサの高さ方向で抵抗分布に勾配を持たせたスペーサを用いた場合は、図６（Ｂ）に示すように、等電位線Ｌ１〜Ｌ９の形状がアノード基板２側に凸の形状となる。そのため、スペーサ２１の近傍を通過する電子ビームの軌道は、等電位線Ｌ１〜Ｌ９の傾きに応じてスペーサ２１から離れる方向（遠ざかる方向）に曲げられる。
【００３６】
これにより、スペーサ２１の近傍に電子放出素子９を配置しなくても、スペーサ２１から十分に離れた位置で電子ビームを蛍光体に衝突させることができる。その結果、スペーサ２１から電子放出素子９を大きく離して配置する必要がなくなるため、カソード基板１上で単位面積当たりの電子放出素子９の数を減らすことなく、スペーサ２１に電子が衝突することを確実に防止することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、カソード基板１のエミッタ構造として、スピント型のエミッタ構造を示したが、本発明はこれに限らず、例えば複数（多数）のカーボンナノチューブを用いて形成される平面型のエミッタ構造など、他のエミッタ構造を採用したものでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明が適用される表示装置の一例としてＦＥＤの表示パネルの構成を示す断面図である。
【図２】本発明が適用される表示装置の一例としてＦＥＤの表示パネルの構成を示す斜視図である。
【図３】スペーサの取付状態を示す一部破断部分を含む斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るスペーサの構造例を示す斜視図である。
【図５】抵抗分布の測定方法と測定結果を説明する図である。
【図６】スペーサの抵抗分布と電子ビームの軌道の関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…カソード基板、２…アノード基板、２１…スペーサ
【図１】
2005026176.tif 000003
【図２】
2005026176.tif 000004
【図３】
2005026176.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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