(57)【要約】【課題】基板間で発生する放電の規模を抑制し、電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化および回路の破壊を防止でき、信頼性の向上した画像表示装置を提供する。【解決手段】  蛍光面が形成された第１基板１０と、複数の電子放出源１８が設けられた第２基板１２とが対向して配置されている。第１および第２基板間には、複数の電子ビーム通過孔２６が形成され支持基板２４が設けられている。支持基板の一方の表面２４ａには複数のスペーサが立設されている。支持基板は、第１基板に当接した第１表面２４ａ、第２基板と隙間を置いて対向した第２表面２４ｂ、およびそれぞれ電子放出源に対向した複数の電子ビーム通過孔２６を有している。各電子ビーム通過孔の径をＤとした場合、支持基板の板厚Ｔは、Ｄ／２以上に形成されている。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光面が形成された第１基板と、
前記第１基板と隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、
前記第１基板に当接した第１表面、前記第２基板と隙間を置いて対向した第２表面、および、それぞれ前記電子放出源に対向した複数の電子ビーム通過孔を有した板状の支持基板と、
それぞれ前記支持基板の第２表面上に立設されているとともに前記第２基板に当接した先端部を有した複数のスペーサと、を備え、
前記各電子ビーム通過孔の径をＤとした場合、前記支持基板の板厚Ｔは、Ｄ／２以上に形成されている画像表示装置。
【請求項２】
前記支持基板の板厚Ｔは、Ｄ未満に形成されている請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記支持基板は金属板により形成され、前記電子ビーム通過孔の内面を含む前記支持基板の表面は絶縁層により被覆されている請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記支持基板の表面は、二次電子放出係数が０．４〜２．０の材料を含有したコート層により被覆されている請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記支持基板は、鉄およびニッケルを主成分とする合金で形成されている請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記二次電子放出係数が０．４〜２．０の材料は、酸化クロムである請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記スペーサは、柱状のスペーサである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対向配置された一対の基板と、一方の基板内面に設けられた電子放出源とを備えた平面型の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な平面型の画像表示装置が注目されている。例えば、平面表示装置として機能するフィールド・エミッション・デバイス（以下、ＦＥＤと称する）の一種として、表面伝導型電子放出装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。
【０００３】
このＳＥＤは、所定の間隔をおいて対向配置された第１基板および第２基板を備え、これらの基板は矩形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３色の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電子放出素子が配列されている。第１基板および第２基板間に作用する大気圧荷重を支持し基板間の隙間を維持するため、両基板間には、複数のスペーサが配置されている。第１基板と第２基板との間には支持基板が設けられ、複数のスペーサはこの支持基板上に立設されている。また、支持基板には、それぞれ電子放出素子から放出された電子ビームが通過する複数の電子ビーム通過孔が形成されている（特許文献１）。
【０００４】
上記ＳＥＤにおいて画像を表示する場合、蛍光体層にアノード電圧が印加され、電子放出素子から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体層へ衝突させる。これより、蛍光体が発光して画像を表示する。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、アノード電圧を数ｋＶ以上望ましくは５ｋＶ以上に設定することが必要となる。
【特許文献１】特開２００２−０８２８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成のＳＥＤにおいて、電子放出素子から放出され高い加速電圧を持った電子（一次電子）が第１基板内面の蛍光体層に衝突すると、第１基板から２次電子、反射電子を含む散乱電子が発生する。これらの散乱電子は再び他の蛍光体層に衝突して不要発光を発生させる。その結果、表示のコントラストおよび色純度が低下する。
【０００６】
また、第１基板と第２基板との間の隙間は、解像度や支持部材の特性、製造性などの観点から、１〜２ｍｍ程度と比較的小さく設定される。そのため、第１基板側で発生した散乱電子は基板間に配設されたスペーサに衝突し、スペーサが帯電する。ＳＥＤにおける加速電圧では、通常、スペーサは正に帯電する。この場合、電子放出素子から放出された電子ビームはスペーサに引き付けられ、本来の軌道からずれてしまう。その結果、蛍光体層に対して電子ビームのミスランディングが発生し、表示画像の色純度が劣化するという問題がある。
【０００７】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、散乱電子に起因する不要発光および電子ビームの軌道ずれを抑制し、表示品位の向上した画像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】
【０００８】
前記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、蛍光面が形成された第１基板と、前記第１基板と隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光面を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、前記第１基板に当接した第１表面、前記第２基板と隙間を置いて対向した第２表面、およびそれぞれ前記電子放出源に対向した複数の電子ビーム通過孔とを有した板状の支持基板と、それぞれ前記支持基板の第２表面上に立設されているとともに前記第２基板に当接した先端部を有した複数のスペーサと、を備え、前記各電子ビーム通過孔の径をＤとした場合、前記支持基板の板厚Ｔは、Ｄ／２以上に形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第１基板で発生した散乱電子を支持基板の電子ビーム通過孔の内面に衝突させて吸収することにより、蛍光面の不要発光およびスペーサの帯電を抑制することができ、表示品位の向上した画像表示装置を提供するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照しながら、この発明を、平面型画像表示装置としてのＳＥＤに適用した実施の形態について詳細に説明する。  
図１ないし図３に示すように、ＳＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる第１基板１０および第２基板１２を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて対応配置されている。第１基板１０および第２基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して周縁部同士が接合され、内部が真空に維持された扁平な真空外囲器１５を構成している。
【００１１】
第１基板１０の内面には蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、青、緑に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および遮光層１１を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状、ドット状あるいは矩形状に形成されている。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およびゲッタ膜１９が順に形成されている。
【００１２】
第２基板１２の内面には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ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の電子放出素子１８が設けられている。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。第２基板１２の内面上には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１５の外部に引出されている。
【００１３】
接合部材として機能する側壁１４は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、第１基板１０の周縁部および第２基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。
【００１４】
図２ないし図４に示すように、ＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２の間に配設されたスペーサ構体２２を備えている。このスペーサ構体２２は、矩形状の金属板からなる支持基板２４と、支持基板上に一体的に立設された多数の柱状のスペーサ３０と、を備えている。支持基板２４は第１基板１０の内面と対向した第１表面２４ａおよび第２基板１２の内面と対向した第２表面２４ｂを有し、これらの基板と平行に配置されている。支持基板２４には、エッチング等により多数の電子ビーム通過孔２６が形成されている。
【００１５】
電子ビーム通過孔２６は、長径Ｄを有した矩形状に形成されている。そして、多数の電子ビーム通過孔２６は、真空外囲器１５の長手方向と平行な第１方向Ｘにブリッジ部を介して第１ピッチで並んでいるとともに、第１方向と直交する第２方向Ｙに第１ピッチよりも大きな第２ピッチで並んで設けられている。各電子ビーム通過孔２６は、その長径Ｄ方向が第２方向Ｙに一致して設けられている。そして、電子ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８と対向して配列され、電子放出素子から放出された電子ビームを透過する。
【００１６】
支持基板２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により板厚Ｔが０．１〜０．２ｍｍに形成されている。電子ビーム通過孔２６の長径Ｄに対して、支持基板２４の板厚Ｔは、  
Ｄ／２以上、望ましくは、Ｄ／２以上、Ｄ未満に形成されている。
【００１７】
支持基板２４の表面には、金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Ｆｅ３Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４からなる酸化膜が形成されている。また、支持基板２４の表面２４ａ、２４ｂ、並びに、各電子ビーム通過孔２６の内面は、例えば、ガラス、セラミック等を主成分とした絶縁層３７により被覆されている。更に、支持基板２４の表面２４ａ、２４ｂ、並びに、各電子ビーム通過孔２６の内面は、二次電子発生防止効果を有した高抵抗膜としてのコート層３８により被覆されている。コート層３８は絶縁層３７に重ねて形成されている。
【００１８】
コート層３８は、二次電子放出係数が０．４〜２．０と低い材料、例えば、酸化クロム、酸化銅等の金属酸化物、あるいはＩＴＯ等の金属を含有している。このような低二次電子放出係数の材料は種々見出されているが、一般に自由電子を有する良導体に多く存在する。しかし、後述するように、ＳＥＤでは第１基板および第２基板間に１０ｋＶ程度の比較的高電圧が印加されるため、コート層として絶縁材料もしくは半導体などの比較的高抵抗材料を選択する必要がある。酸化クロムの体積抵抗値はおよそ１０５Ωcmと比較的高抵抗であり、かつ低二次電子放出係数の材料である。そして、スペーサ構体２２を構成している支持基板２４において、表面抵抗は１０７Ωcm以上であることが望ましい。そこで、本実施形態では、ガラスペーストと酸化クロムの粉末とを混合した複合材料によってコート層３８を形成することで、支持基板２４の表面抵抗値をマクロ的に上げ放電抑制効果を得ている。
【００１９】
支持基板２４は、その第１表面２４ａが、ゲッタ膜１９、メタルバック１７、蛍光体スクリーン１６を介して、第１基板１０の内面に面接触した状態で設けられている。支持基板２４に設けられた電子ビーム通過孔２６は、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂと対向している。これにより、各電子放出素子１８は、電子ビーム通過孔２６を通して、対応する蛍光体層と対向している。
【００２０】
支持基板２４の第２表面２４ｂ上には複数のスペーサ３０が一体的に立設され、それぞれ電子ビーム通過孔２６間に位置している。各スペーサ３０の延出端は、第２基板１２の内面、ここでは、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１上に当接している。スペーサ３０の各々は、支持基板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。例えば、スペーサ３０は高さ約１．４ｍｍに形成されている。支持基板表面と平行な方向に沿ったスペーサ３０の断面は、ほぼ楕円形に形成されている。スペーサ３０の各々は、主に、絶縁物質としてガラスを主成分とするスペーサ形成材料により形成されている。
【００２１】
上記のように構成されたスペーサ構体２２は、支持基板２４が第１基板１０に面接触し、スペーサ３０の延出端が第２基板１２の内面に当接することにより、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。
【００２２】
ＳＥＤは、支持基板２４および第１基板１０のメタルバック１７に電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７に１０ｋＶ程度のアノード電圧が印加され、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーン１６へ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層が励起されて発光し、画像を表示する。
【００２３】
次に、以上のように構成されたＳＥＤの製造方法について説明する。始めに、スペーサ構体２２の製造方法について説明する。  
図６に示すように、所定寸法の支持基板２４、この支持基板とほぼ同一の寸法を有した矩形板状の上型３６ａおよび下型３６ｂを用意する。支持基板２４としては、Ｆｅ−５０％Ｎｉからなる板厚Ｔの金属板を用いる。この金属板を脱脂、洗浄、乾燥した後、エッチングにより電子ビーム通過孔２６を形成する。金属板全体を酸化処理した後、電子ビーム通過孔２６の内面を含め金属板表面に絶縁層３７を形成する。更に、絶縁層３７の上に、ガラスペーストに約３０重量％の酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３−α：α＝−０．５〜０．５）を混入したコート液をスプレーにより塗布し、乾燥した後、焼成することにより、コート層３８を形成する。これにより、支持基板２４を得る。酸化クロム原料は、粒径０．１〜１０μｍ、純度９８〜９９．９％のものが望ましい。  
なお、コート層３８は塗布膜に限らず、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、あるいはゾルゲル法により、支持基板表面に酸化クロムを薄膜状に形成した層としてもよい。
【００２４】
成形型３６は、紫外線を透過する透明な材料、例えば、透明ポリエチレンテレフタレートを主体とした透明シリコン等により平坦な板状に形成されている。成形型３６は、支持基板２４に当接する平坦な当接面４１ａと、スペーサ３０を成形するための多数の有底のスペーサ形成孔４０と、を有している。スペーサ形成孔４０はそれぞれ成形型３６の当接面４１に開口しているとともに、所定の間隔を置いて配列されている。各スペーサ形成孔４０は、スペーサ３０に対応した長さ、幅、高さに形成されている。その後、成形型３６のスペーサ形成孔４０にスペーサ形成材料４６を充填する。スペーサ形成材料４６としては、少なくとも紫外線硬化型のバインダ（有機成分）およびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いる。ガラスペーストの比重、粘度は適宜選択する。
【００２５】
続いて、図７に示すように、スペーサ形成材料４６の充填されたスペーサ形成孔４０が電子ビーム通過孔２６間に位置するように、成形型３６を位置決めし当接面４１を支持基板２４の第１表面２４ａに密着させる。これにより、支持基板２４および成形型３６からなる組立体を構成する。
【００２６】
次いで、図７に示すように、充填されたスペーサ形成材料４６に対し、例えば、紫外線ランプ等を用いて支持基板２４および成形型３６の外面側から２０００ｍＪの紫外線（ＵＶ）を照射し、スペーサ形成材料をＵＶ硬化させる。その際、スペーサ形成材料４６が充填されている成形型３６は、紫外線透過材料としての透明なシリコンで形成されている。そのため、紫外線は、スペーサ形成材料４６に直接、および成形型３６を透過して照射される。従って、充填されたスペーサ形成材料４６をその内部まで確実に硬化させることができる。
【００２７】
その後、図８に示すように、硬化したスペーサ形成材料４６を支持基板２４上に残すように、成形型３６を支持基板２４から剥離する。次に、スペーサ形成材料４６が設けられた支持基板２４を加熱炉内で熱処理し、スペーサ形成材料内からバインダを飛ばした後、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成しガラス化する。これにより、支持基板２４の第２表面２４ｂ上にスペーサ３０が一体的に作り込まれる。
【００２８】
一方、ＳＥＤの製造においては、予め、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、電子放出素子１８および配線２１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１２と、を用意しておく。続いて、上記のようにして得られたスペーサ構体２２を第２基板１２上に位置決めした後、支持基板２４を第２基板１２に固定する。
【００２９】
次いで、第１基板１０、およびスペーサ構体２２が固定された第２基板１２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基板を第２基板に接合する。これにより、スペーサ構体２２を備えたＳＥＤが製造される。
【００３０】
以上のように構成されたＳＥＤによれば、支持基板２４の板厚Ｔは、電子ビーム通過孔２６の長径Ｄに対して、Ｄ／２以上、望ましくは、Ｄ／２以上、Ｄ未満に形成されている。この場合、図５に示すように、電子放出素子１８から放出された電子ビームＢが電子ビーム通過孔２６を通って蛍光体スクリーン１６に射突すると、発生した２次電子および反射電子は、電子ビーム通過孔２６を規定している支持基板２４の内面に衝突し、ここで吸収される。そのため、２次電子および反射電子が再び蛍光体スクリーンに射突することを防止し、不要発光の発生を抑制することができる。その結果、表示画像のコントラストが向上し、表示品位を上げることが可能となる。
【００３１】
本発明者等は、電子ビーム通過孔２６の長径Ｄに対する支持基板２４の板厚Ｔを種々変更し、板厚Ｔとコントラストおよび支持基板の量産性との関係を調べた。その結果を図９に示す。この図から分かるように、支持基板２４の板厚Ｔが厚くなると、コントラストが向上し、Ｄ／２以上とすることにより良好なコントラストが得られる。しかし、板厚Ｔが大きくなりすぎると、支持基板２４の量産性が低下し、特に、電子ビーム通過孔の形成効率が低下する。そのため、コントラストおよび量産性を考慮して、支持基板２４の板厚Ｔは、Ｄ／２以上、望ましくは、Ｄ／２以上、Ｄ未満に形成されている。
【００３２】
また、第１基板１０側からの反射電子および２次電子を支持基板２４によって吸収および遮蔽することにより、これらの散乱電子によるスペーサ３０の帯電を抑制することが可能となる。そのため、スペーサの帯電に起因する電子ビームの軌道ずれ、および蛍光体層に対するミスランディングを低減することができる。従って、表示画像の色純度を上げ、表示品位の向上を図ることができる。
【００３３】
更に、本実施形態によれば、支持基板２４の表面は、二次電子放出係数が０．４〜２．０の材料を含有したコート層３８により被覆されている。そのため、電子放出素子１８から放出された電子の一部が支持基板２４表面に衝突した場合でも、支持基板表面における二次電子の発生を大幅に低減することができる。これにより、二次電子に起因したスペーサの帯電を防止して、蛍光体層に対する電子ビームの軌道ずれを低減することができ、表示品位を一層向上させることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００３５】
上述した実施の形態において、多数のスペーサは、支持基板上に一体的に形成する構成としたが、これに限らず、第２基板上に立設する構成としてもよい。また、スペーサは、前述の実施形態で用いた独立型のスペーサに限定されるものではなく、板状スペーサ等の他のスペーサを用いることができ、この場合でも、前述した実施の形態と同様に、散乱電子を抑制し、表示品位の向上を図ることができる。
【００３６】
その他、スペーサの幅や径、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。この発明は、電子源として表面伝導型電子放出素子を用いたものに限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等の他の電子源を用いた画像表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施形態に係る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】前記ＳＥＤを拡大して示す断面図。
【図４】前記ＳＥＤの支持基板および電子ビーム通過孔を示す平面図。
【図５】前記ＳＥＤの蛍光面および支持基板を拡大して示す断面図。
【図６】前記ＳＥＤにおけるスペーサ構体の製造工程を示す断面図。
【図７】成形型および支持基板を密着させた組立体を示す断面図。
【図８】前記成形型を離型した状態を示す断面図。
【図９】前記支持基板の板厚Ｔとコントラストおよび支持基板量産性との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
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、  ２２…スペーサ構体、
２４…支持基板、  ２６…電子ビーム通過孔、  ３０…スペーサ。
【図１】
2005302574.tif 000003
【図２】
2005302574.tif 000004
【図３】
2005302574.tif 000005
【図４】
2005302574.tif 000006
【図５】
2005302574.tif 000007
【図６】
2005302574.tif 000008
【図７】
2005302574.tif 000009
【図８】
2005302574.tif 000010
【図９】
2005302574.tif 000011