(57)【要約】【課題】スペーサの強度向上を図り、表示性能および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との間に、スペーサ構体２２が設けられている。スペーサ構体は、第１および第２基板に対向しているとともに、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を有した支持基板と、支持基板の少なくとも一方の表面に突設された複数の芯部４０ａ、４０ｂと、支持基板の少なくとも一方の表面上に、それぞれ芯部に重ねて立設された複数のスペーサ３０ａ、３０ｂと、を有している。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示面が形成された第１基板と、
前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記画像表示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および第２基板の間に設けられ前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ構体とを備え、
前記スペーサ構体は、前記第１基板および第２基板に対向しているとともに、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支持基板と、前記支持基板の少なくとも一方の表面に突設された複数の芯部と、前記支持基板の少なくとも一方の表面上に、それぞれ前記芯部に重ねて立設された複数のスペーサと、を有している画像表示装置。
【請求項２】
前記支持基板は、前記第１基板に対向した第１表面と、前記第２基板に対向した第２表面と、を有し、前記芯部は、前記第１表面から突出した第１芯部と、前記第２表面から突出した第２芯部とを有し、前記スペーサは、それぞれ前記第１芯部に重ねて前記第１表面上に立設された複数の第１スペーサと、それぞれ前記第２芯部に重ねて前記第２表面上に立設された複数の第２スペーサと、を含でいる請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記支持基板は、前記第１基板に当接した第１表面と、前記第２基板に対向した第２表面とを有し、前記スペーサは、前記第２表面上に立設されている請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記芯部は、前記スペーサの前記支持基板側の端の幅よりも小さな幅、および前記スペーサよりも低い高さを有し、前記スペーサは前記芯部を覆って設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記芯部は、前記支持部材の一部をかしめて形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記芯部は、前記支持基板に固定された金属ピンにより形成されている請求項１ないし４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、スペーサ構体を備えた平面表示装置等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・ディスプレイ（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前面基板および背面基板を備え、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。前面基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起する電子源として、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。各電子放出素子は、電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の電極等で構成されている。
【０００４】
前記のようなＳＥＤにおいて、前面基板および背面基板間の空間、すなわち真空外囲器内は、高い真空度に維持されることが重要となる。真空度が低い場合、電子放出素子の寿命、ひいては、装置の寿命が低下してしまう。また、前面基板と背面基板間は真空であるため、前面基板、背面基板に対し大気圧が作用する。そこで、これらの基板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、多数の板状あるいは柱状のスペーサが配置されている。このようなスペーサとして、前面基板と背面基板との間に設けられた支持基板上に立設されたスペーサが提供されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１８４３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなスペーサは、支持基板の平坦な表面上に接着することによって支持基板上に立設されている。しかしながら、このような構成の場合、スペーサのせん断方向の強度が低く、支持基板のたわみ等によりスペーサの接着部が剥がれ、欠損してしまう虞がある。同様に、製造工程における熱処理において、支持基板とスペーサとの熱膨張差に起因して、スペーサが支持基板から剥がれてしまう場合も考えられる。  
上記のようにスペーサが欠落した場合、前面基板および背面基板に作用する大気圧荷重を安定して支持することができず、表示性能低下および信頼性低下の要因となる。
【０００６】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、スペーサの強度向上を図り、表示性能および信頼性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】
【０００７】
上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、画像表示面が形成された第１基板と、前記第１基板と所定の隙間を置いて対向配置されているとともに前記画像表示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および第２基板の間に設けられ前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ構体とを備え、前記スペーサ構体は、前記第１基板および第２基板に対向しているとともに、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支持基板と、前記支持基板の少なくとも一方の表面に突設された複数の芯部と、前記支持基板の少なくとも一方の表面上に、それぞれ前記芯部に重ねて立設された複数のスペーサと、を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、支持基板の表面に芯部を設け、この芯部に重ねてスペーサを設けることにより、スペーサのせん断方向の強度を向上させることができる。これにより、表示性能および信頼性の向上した画像表示装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照しながら、この発明を、平面型の画像表示装置としてＦＥＤの一種である表面伝導型電子放出装置（以下、ＳＥＤと称する）に適用した第１の実施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の隙間をおいて対向配置されている。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。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。
【００１０】
第１基板１０の内面には画像表示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、緑、青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、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。
【００１１】
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。
【００１２】
第１基板１０および第２基板１２の間にはスペーサ構体２２が配設されている。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、支持基板の両面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサと、を備えている。  
詳細に述べると、図２ないし図４に示すように、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。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。
【００１３】
支持基板２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．３ｍｍに形成されている。支持基板２４の表面は、金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Ｆｅ３Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４からなる酸化膜によって被覆されている。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の壁面は、放電電流制限効果を有する高抵抗膜により被覆されている。この高抵抗膜は、ガラスを主成分とする高抵抗物質で形成されている。
【００１４】
支持基板２４の第１表面２４ａ上には、複数の第１芯部４０ａが突設され、隣合う電子ビーム通過孔２６間に位置している。各第１芯部４０ａはフリットガラス、銀ペースト等により円錐形状に形成されている。支持基板２４の第１表面２４ａ上には、それぞれ第１芯部４０ａに重ねて複数の第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、隣合う電子ビーム通過孔２６間に位置している。第１芯部４０ａは、第１スペーサ３０ａの支持基板側端の幅よりも小さな幅、および第１スペーサよりも低い高さを有している。これにより、各第１スペーサ３０ａは第１芯部４０ａを覆って支持基板２４上に立設されている。第１スペーサ３０ａの先端は、ゲッタ膜１９、メタルバック１７、および蛍光体スクリーン１６の遮光層１１を介して第１基板１０の内面に当接している。
【００１５】
支持基板２４の第２表面２４ｂ上には、複数の第２芯部４０ａが突設され、隣合う電子ビーム通過孔２６間に位置している。各第２芯部４０ａはフリットガラス、銀ペースト等により円錐形状に形成されている。支持基板２４の第２表面２４ｂ上には、それぞれ第２芯部４０ｂに重ねて複数の第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、隣合う電子ビーム通過孔２６間に位置している。第２芯部４０ｂは、第２スペーサ３０ｂの支持基板側端の幅よりも小さな幅、および第２スペーサよりも低い高さを有している。これにより、各第２スペーサ３０ｂは第２芯部４０ｂを覆って支持基板２４上に立設されている。第２スペーサ３０ｂの先端は第２基板１２の内面に当接している。ここで、各第２スペーサ３０ｂの先端は、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１上に位置している。各第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに整列して位置し、支持基板２４を両面から挟み込んだ状態で支持基板２４と一体に形成されている。
【００１６】
各第１スペーサ３０ａ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、その高さは０．８ｍｍ、支持基板側の端は１．３５×０．３ｍｍの楕円状に形成されている。また、第１スペーサ３０ａの芯材として機能する第１芯部４０ａは、高さが０．２ｍｍに形成され、支持基板側の端は０．６×０．１５ｍｍの楕円状に形成されている。
【００１７】
各第２スペーサ３０ｂ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、その高さは１ｍｍ、支持基板側の端は１．４×０．３５ｍｍの楕円状に形成されている。また、第２スペーサ３０ｂの芯材として機能する第１芯部４０ｂは、高さが０．２５ｍｍに形成され、支持基板側の端は０．７×０．１７５ｍｍの楕円状に形成されている。
【００１８】
上記のように構成されたスペーサ構体２２は第１基板１０および第２基板１２間に配設されている。第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、第１基板１０および第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。
【００１９】
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。この電圧供給部は、支持基板２４およびメタルバック１７にそれぞれ接続され、例えば、支持基板２４に１２ｋＶ、メタルバック１７に１０ｋＶの電圧を印加する。そして、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。
【００２０】
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。  
スペーサ構体２２を製造する場合、まず、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および下型を用意する。この場合、Ｆｅ−５０％Ｎｉからなる板厚０．１５ｍｍ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を形成し支持基板２４とする。その後、支持基板２４全体を酸化処理した後、電子ビーム通過孔２６の内面を含め支持基板表面に絶縁膜を形成する。更に、絶縁膜の上に、ガラスを主成分としたコート液を塗布し、乾燥した後、焼成することにより、高抵抗膜を形成する。
【００２１】
成形型としての上型および下型は、紫外線を透過する透明な材料、例えば、透明シリコン、透明ポリエチレンテレフタレート等により平坦な板状に形成されている。上型は、支持基板２４に当接される平坦な当接面と、第１スペーサ３０ａを成形するための多数の有底のスペーサ形成孔と、を有している。スペーサ形成孔はそれぞれ上型の当接面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。同様に、下型は、平坦な当接面と、第２スペーサ３０ｂを成形するための多数の有底のスペーサ形成孔と、を有している。スペーサ形成孔はそれぞれ下型の当接面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。
【００２２】
続いて、支持基板２４の第１表面２４ａおよび第２表面２４ｂ上のスペーサ形成位置に、第１芯部４０ａおよび第２芯部４０ｂをそれぞれ形成する。これら第１および第２芯部４０ａ、４０ｂは、フリットガラス、銀ペースト等を支持基板２４の表面上に印刷した後、乾燥、焼成することにより形成する。
【００２３】
次いで、上記のように構成された上型のスペーサ形成孔および下型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填する。スペーサ形成材料としては、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。スペーサ形成材料の充填されたスペーサ形成孔が第１芯部４０ａと重なるように、上型を支持基板２４に対して位置決めし支持基板２４の第１表面２４ａに密着させる。同様に、下型を、各スペーサ形成孔が第２芯部４０ｂと重なるように位置決めし、支持基板２４の第２表面２４ｂに密着させる。これにより、支持基板２４、上型および下型からなる組立体を構成する。組立体において、上型のスペーサ形成孔と下型のスペーサ形成孔とは、支持基板２４を挟んで対向して配列されている。
【００２４】
続いて、充填されたスペーサ形成材料に対し、例えば、紫外線ランプ等を用いて上型および下型の外面側から紫外線（ＵＶ）を照射し、スペーサ形成材料をＵＶ硬化させる。その際、上型および下型は、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ため、紫外線は、上型および下型を透過してスペーサ形成材料に照射される。従って、充填されたスペーサ形成材料をその内部まで確実に硬化させることができる。
【００２５】
その後、硬化したスペーサ形成材料を支持基板２４上に残すように、上型および下型を支持基板２４から離型する。これにより、硬化したスペーサ形成材料、つまり、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、支持基板２４上に転写される。
【００２６】
次に、スペーサ形成材料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上に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが作り込まれたスペーサ構体２２が得られる。
【００２７】
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。
【００２８】
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上に位置決め配置する。この状態で、第１基板１０、第２基板１２、およびスペーサ構体２２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。
【００２９】
以上のように構成されたＳＥＤによれば、支持基板２４の表面に芯部を設け、この芯部に重ねてスペーサを設けることにより、スペーサのせん断方向の強度を向上させることができる。また、スペーサと支持基板側との接触面積が増大し、スペーサと支持基板側との密着性が向上する。これにより、支持基板がたわんだ場合でも、支持基板に対するスペーサの密着強度が向上する。従って、スペーサの欠損が防止され、表示性能および信頼性の向上した画像表示装置が得られる。
【００３０】
前述した実施形態において、第１および第２芯部４０ａ、４０ｂは、支持基板上に印刷されたフリットガラス等により形成したが、図５に示すように、支持基板２４に針金等からなる金属ピン４４を打ち込み、支持基板の両面側に突出した金属ピンの端部によりそれぞれ第１および第２芯部を構成してもよい。  
また、図６に示すように、支持基板２４の一部を第１表面２４ａ側および第２表面２４ｂ側にかしめて突出させ、第１および第２芯部４０ａ、４０ｂを形成してもよい。
【００３１】
前述した実施形態において、スペーサ構体２２は、第１および第２スペーサおよび支持基板を一体的に備えた構成としたが、第２スペーサは第２基板１２上に形成する構成としてもよい。また、スペーサ構体は、支持基板および第２スペーサのみを備え、支持基板が第１基板に接触した構成としてもよい。
【００３２】
図７に示すように、この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤによれば、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、支持基板の一方の表面のみに一体的に立設された多数の柱状のスペーサ３０と、を有している。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の内面と隙間をおいて対向した第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。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。
【００３３】
支持基板２４の第１および第２表面２４ａ、２４ｂ、各電子ビーム通過孔２６の内壁面は、絶縁層として、ガラス、セラミック等を主成分とした絶縁性物質、例えば、Ｌｉ系のアルカリホウ珪酸ガラスからなる厚さ約１０μｍの高抵抗膜４３により被覆されている。そして、支持基板２４は、その第１表面２４ａが、ゲッタ膜、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、および第２基板１２上の電子放出素子１８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。
【００３４】
支持基板２４の第２表面２４ｂ上のスペーサ形成位置にはそれぞれ芯部４０が突設されている。各芯部４０は、フリットガラス、銀ペースト等により円錐状に形成されている。なお、各芯部は前述したように支持基板の一部をかしめることにより、あるいは支持基板に固定したピン等により構成してもよい。支持基板２４の第２表面２４ｂ上には、それぞれ芯部４０に重ねて複数のスペーサ３０が一体的に立設されている。スペーサ３０は芯部４０全体を覆って設けられている。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。
【００３５】
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。
【００３６】
第２の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。第２の実施形態に係るＳＥＤおよびそのスペーサ構体２２は前述した第１の実施形態に係る製造方法と同様の製造方法によって製造することができる。そして、上記のように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
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。
【００３８】
スペーサの径、高さ、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施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】
【００３９】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るＳＥＤを示す斜視図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＳＥＤの斜視図。
【図３】前記ＳＥＤを拡大して示す断面図。
【図４】前記スペーサ構体の一部を拡大して示す断面図。
【図５】前記スペーサ構体における芯部の変形例を示す断面図。
【図６】前記スペーサ構体における芯部の他の変形例を示す断面図。
【図７】この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤを示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
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、  ３０ａ…第１スペーサ、
３０ｂ…第２スペーサ、  ４０…芯部、  ４０ａ…第１芯部、  ４０ｂ…第２芯部、
４４…金属ピン
【図１】
2005203218.tif 000003
【図２】
2005203218.tif 000004
【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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