(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板を有した真空外囲器と、
上記第１基板と第２基板との間でこれら第１基板および第２基板に対向して前記真空外囲器内に配設されているとともに、第１および第２基板の少なくとも一方に接合された板状のグリッドと、
上記第１および第２基板の一方の基板内面に設けられた蛍光面と、
上記第１および第２基板の他方の基板内面に設けられ、上記蛍光面に電子を放出する複数の電子放出素子と、を備え、
上記グリッドは、このグリッドが接合された上記少なくとも一方の基板の熱膨張率に対し、１．０２ないし１．２倍の熱膨張率を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
上記グリッドは、上記一方の基板の熱膨張率に対し、１．０７ないし１．１５倍の熱膨張率を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
上記グリッドは、いずれの温度においても、上記少なくとも一方の基板より伸び率が高くなる熱膨張特性を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
上記グリッドは、前記複数の電子放出素子が設けられる第２基板に接合された複数の接合部を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の電子放出素子は前記第２基板に設けられ、上記グリッドは、それぞれ台座を介して上記第２基板に接合された複数の接合部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
上記第２基板の外面に設けられた給電端子を備え、上記グリッドは導電性を有しているとともに少なくとも１つの台座、および上記第２基板に形成された貫通孔を介して上記給電端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は表示装置に係り、特に、多数の電子放出素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高品位放送用あるいはこれに伴う高解像度の画像表示装置が望まれており、そのスクリーン表示性能については一段と厳しい性能が要望されている。これら要望を達成するためにはスクリーン面の平坦化、高解像度化が必須であり、同時に軽量、薄型化も図らねばならない。
【０００３】
そこで、上記のような要望を満たす次世代の表示装置として、電子放出素子（以下、エミッタと称する）を多数並べ、蛍光面と対向配置させた表示装置の開発が進められている。エミッタとしては、電界放出型あるいは表面伝導型の素子が想定される。通常、エミッタとして電界放出型電子放出素子を用いた表示装置は、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、また、エミッタとして表面導電型電子放出素子を用いた表示装置は、表面導電電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）と呼ばれている。
【０００４】
例えば、ＦＥＤは、一般に、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士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蛍光体スクリーンが形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子放出源として多数のエミッタが設けられている。
【０００５】
また、両基板間には板状のグリッドが配設され、このグリッドには、エミッタと整列して位置した多数の開孔が形成されている。更に、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これらの基板間には複数の支持部材が配設されている。これらのグリッド、および支持部材の少なくとも一部は、背面基板および前面基板のいずれかに接合されている。
【０００６】
そして、上記構成のＦＥＤにおいて、各エミッタから放出された電子ビームは、グリッドの対応する開孔を通って所望の蛍光体層に照射され、それにより、蛍光体を発光させて画像を表示する。
【０００７】
このようなＦＥＤでは、エミッタの大きさがマイクロメートルオーダーであり、前面基板と背面基板との隙間をミリメートルオーダーに設定することができる。このため、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されている陰極線管（ＣＲＴ）などと比較して、高解像度化、軽量化、薄型化を達成することが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された表示装置の製造工程においては、グリッド、支持部材等の構造体が予め接合された背面基板、および前面基板を３００℃以上でベーキングしてガス出しを行うとともに、側壁を介して背面基板と前面基板とを接合する際、ヒータによって背面基板および前面基板を外側から加熱する。従って、このような製造工程において、グリッド等の構造体が固定された背面基板、および前面基板は、これらの構造体よりも高温となる。
【０００９】
また、前述したように、表示装置の動作時、背面基板上に設けられた多数のエミッタは蛍光体層に向けて電子を放出するが、その際、エミッタが発熱するため、背面基板の温度が上昇し、グリッドよりも高温となり易い。
【００１０】
このように表示装置の製造時あるいは動作時、背面基板および前面基板はこれらの基板に固定された構造体よりも高温となり、例えば、背面基板と構造体との間に数十度の温度差が生じる場合も考えられる。そして、このような温度差に起因して、背面基板とこの基板に固定された構造体と間に熱膨張量の差が生じた場合、特に、背面基板の方が構造体よりも熱膨張量が多くなった場合、構造体に張力が作用し、これらの構造部と背面基板との接合が外れてしまう恐れがある。
【００１１】
従って、この場合、表示装置の製造不良が発生し製造歩留まりが低下するとともに、動作時における信頼性が低下する。
【００１２】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、温度差に起因する接合部の剥離、損傷を防止し、製造不良の低減および信頼性の向上を図ることが可能な表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板を有した真空外囲器と、上記第１基板と第２基板との間でこれら第１基板および第２基板に対向して前記真空外囲器内に配設されているとともに、第１および第２基板の少なくとも一方に接合された板状のグリッドと、上記第１および第２基板の一方の基板内面に設けられた蛍光面と、上記第１および第２基板の他方の基板内面に設けられ、上記蛍光面に電子を放出する複数の電子放出素子と、を備え、上記グリッドは、このグリッドが接合された上記少なくとも一方の基板の熱膨張率に対し、１．０２ないし１．２倍の熱膨張率を有していることを特徴としている。
【００１５】
上記のように構成された表示装置によれば、上記構造体は、この構造体が接合された上記一方の基板よりも大きな熱膨張率を有しているため、製造時あるいは動作時に、上記一方の基板の温度が上記構造体よりも高くなった場合でも、上記一方の基板の熱膨張量が上記構造体の熱膨張量よりも大きくなることがない。従って、上記構造体に引張力が生じることがなく、基板に対する上記構造体の接合部の剥離、損傷を防止することができる。
【００１６】
この発明によれば、上記構造体は、いずれの温度においても、上記一方の基板より伸び率が高くなる熱膨張特性を有していることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の表示装置をＳＥＤに適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１および図３に示すように、ＳＥＤは、アスペクト比４：３、対角寸法３６インチの有効表示領域３を備えて構成されている。このＳＥＤは、所定の隙間を置いて対向配置された矩形状の前面基板１０および背面基板２０を備え、これら前面基板１０および背面基板２０は、ガラス材からなる枠状の側壁８を介して周縁部同士が接合され、真空外囲器４を構成している。側壁８は、前面基板１０および背面基板２０に対し、フリットガラスあるいはインジウム等の低融点金属あるいは合金により接合されている。そして、真空外囲器４の内部空間は、例えば約１０−８Ｔｏｒｒの高真空に維持されている。
【００１８】
前面基板１０と背面基板１２との間には、これら基板間での異常放電を防止するために所定の電位に接続された矩形板状のグリッド１８が配設され、有効表示領域３と対向して位置している。また、前面基板１０および背面基板１２は、これらの基板間に配設された複数のスペーサ３０により大気圧に対して支持され、例えば１．５〜２．０ｍｍの間隔に維持されている。
【００１９】
図３に示すように、第１基板として機能する前面基板１０は、無アルカリガラスから成る絶縁基板１１と、この絶縁基板の内面上に形成された蛍光体スクリーン１２と、を備えている。画像表示面および蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１２は、それぞれ赤（Ｒ）、青（Ｂ）、および緑（Ｇ）の発光特性を有し所定のピッチで配置されたストライプ状の蛍光体層１３と、蛍光体層１３間に配置されコントラスト比を向上させるための帯状の遮光層１４とを有している。
【００２０】
また、蛍光体スクリーン１２上には、アルミニウムまたはその合金からなる導電薄膜１５が形成され、更に、この導電薄膜１５上には、バリウム（Ｂａ）からなる蒸着ゲッタ層１６が形成されている。導電薄膜１５はアノード電極として機能する。また、蒸着ゲッタ層１６は、ＳＥＤの製造時、真空チャンバ内で前面基板１０と背面基板２０とを貼り合わせるに先立ち、真空チャンバ内でゲッタ材を蒸着することにより形成される。ゲッタ材の蒸着から封着までの一連の工程を大気に晒すことなく真空雰囲気中で行うことにより、高性能な蒸着ゲッタ層１６を得ることができる。
【００２１】
図３および図４に示すように、第２基板として機能する背面基板２０は、無アルカリガラスから成る絶縁基板２２を備えている。絶縁基板２２の内面上には、マトリクス状に配置された複数本の走査電極２３および信号電極２４が設けられている。各走査電極２３と信号電極２４との交差部近傍には、それぞれ走査電極および信号電極から延出したゲート電極２５およびエミッタ電極２６が設けられている。ゲート電極２５とエミッタ電極２６とは所定の間隔を置いて対向配置されている。更に、これらの電極２５、２６間には、図示しないが、例えばグラファイト膜が５ｍｍの間隔を持って対向配置され、これにより表面伝導型の電子放出素子２７を構成している。なお、各走査電極２３上には保護膜２８が形成されている。
【００２２】
上記構成の前面基板１０と背面基板２０との間に配設されたグリッド１８は、有効表示領域３にほぼ対応した大きさの矩形状に形成され、前面基板１０および背面基板２０と対向している。そして、図１および図３に示すように、グリッド１８の４つの角部は、それぞれ台座６０を介して背面基板２０に固定されている。
【００２３】
図２および図３に示すように、各台座６０は、円板状に形成され、導電性を有したフリットガラス６２および銀ペースト６４を介して背面基板２０の絶縁基板２２上に固定されている。そして、グリッド１８は、例えば、角部側縁が２つの溶接点６１で台座６０の上面に溶接されている。なお、絶縁基板２２において、１つの台座６０と対向する位置にはスルーホール６６が形成され、この台座６０は、スルーホール６６を介して、絶縁基板２２の外面に形成された給電端子６７に電気的に接続されている。従って、給電端子６７からスルーホール６６および台座６０を通して、グリッド１８に所定のグリッド電位を供給することができる。
【００２４】
また、グリッド１８は、このグリッドが固定されている背面基板２０の絶縁基板２２よりも熱膨張率の大きな材料によって形成されている。例えば、グリッド１８は、０．１ｍｍ厚の鉄−ニッケル合金で形成され、その表面が酸化処理されている。そして、絶縁基板２２を構成するガラスの熱膨張率は８４×１０-7／Ｋであるのに対して、グリッド１８の熱膨張率は９４×１０-7／Ｋとなっている。
【００２５】
図５はグリッド１８の熱膨張特性Ｂおよび絶縁基板２２を構成するガラスの熱膨張特性Ａを比較して示したもので、グリッド１８は、いずれの温度においても、絶縁基板２２より伸び率が高くなる熱膨張特性を有している。
【００２６】
図３および図４に示すように、グリッド１８には、それぞれ電子放出素子２７から放出された電子線を透過させるための矩形の開孔４４が形成され、電子放出素子２７と対向している。また、グリッド１８には、後述する第１および第２スペーサを連結するための複数の円形の開口４６が形成されている。
【００２７】
支持部材として機能する各スペーサ３０はグリッド１８と一体に作り込まれている。すなわち、グリッド１８は、背面基板２０と対向した第１主面、および前面基板１０に対向した第２主面を有している。第１主面側には複数の第１スペーサ４８がグリッド１８と一体的に形成され、また、第２主面側には複数の第２スペーサ５０がグリッド１８と一体的に形成されている。そして、これら第１スペーサ４８と第２スペーサ５０とは、グリッド１８の開口４６内に配置された連結部５２により連結されている。本実施の形態においては、１つの第１スペーサ４８に対して２つの第２スペーサ５０がそれぞれ連結部５２を介して連結され、スペーサ３０を構成している。
【００２８】
第１スペーサ４８は、走査電極２３上に保護膜２８を介して配置され、走査電極の延出方向に沿って延びている。各第１スペーサ４８は断面が長楕円形に形成され、高さｈ１が０．５ｍｍに形成されている。
【００２９】
また、１つの第１スペーサ４８に対して２つずつ設けられた第２スペーサ５０は、若干のテーパーを有する円柱状に形成され、その高さｈ２はそれぞれ１．０ｍｍに形成されている。これにより、第２スペーサ５０は、第１スペーサ４８に対してアスペクト比（第２スペーサのグリッド１８側端における断面の長軸方向の長さと、第２スペーサの高さとの比）が十分に大きく形成されている。そして、隣り合う２つの第２スペーサ５０は、それぞれグリッド１８の開口４６を介して、すなわち、連結部５２を介して１つの第１スペーサ４８に連結され、この第１スペーサ４８およびグリッド１８と一体となっている。
【００３０】
上記構成のスペーサ３０を一体に備えたグリッド１８を真空外囲器４内に配設した状態において、各第１スペーサ４８は保護膜２８および走査電極２３を介して背面基板１０に当接し、各第２スペーサ５０は、蒸着ゲッタ層１６、導電薄膜層１５、および蛍光体スクリーン１２を介して前面基板１０に当接している。それにより、スペーサ３０は、大気圧に対して前面基板１０および背面基板２０を支持している。
【００３１】
上記のように構成されたＳＥＤによれば、製造工程において、グリッド１８およびスペーサ３０等の構造体を予め背面基板２０に固定および接合した後、この背面基板２０および前面基板１０を３００℃以上でベーキングしてガス出しを行う。また、ベーキング後、側壁８を介して背面基板２０と前面基板１０とを接合し真空外囲器４を形成する際、ヒータによって背面基板２０および前面基板１０を外側から加熱する。従って、このような製造工程において、グリッド１８等の構造体が固定された背面基板２０、および前面基板１０は、これらの構造体よりも高温となる。
【００３２】
また、ＳＥＤの動作時、背面基板２０上に設けられた多数の電子放出素子２７は蛍光体層に向けて電子を放出するが、その際、発熱する。そのため、背面基板２０の温度が上昇し、グリッド１８、スペーサ３０等の構造体よりも高温となる。
【００３３】
このようにＳＥＤの製造時あるいは動作時、背面基板２０は、この背面基板に固定された構造体、例えば、グリッド１８よりも高温となり、これらの間に数十度の温度差が生じる場合も考えられる。しかしながら、本実施の形態に係るＳＥＤによれば、グリッド１８は、このグリッドが接合されている背面基板２０の絶縁基板２２よりも大きな熱膨張率を有している。そのため、製造時あるいは動作時、絶縁基板２２の温度がグリッド１８より高くなった場合でも、絶縁基板２２の熱膨張量がグリッドの熱膨張量よりも大きくなることがない。従って、グリッド１８に引張力が生じることがなく、絶縁基板２２に対するグリッド１８の接合部、つまり、グリッド１８と台座６０との溶接部、あるいは、台座６０と絶縁基板２２との接合部、の剥離や損傷を確実に防止することができる。これにより、製造不良の発生を防止し製造歩留まりの向上を図ることができるとともに、信頼性の向上したＳＥＤを得ることができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態では、前面基板１０と背面基板２０との間に配設されこれら基板の少なくとも一方に接合された構造体の内、グリッド１８を中心に説明したが、本発明において、上記構造体は、グリッド１８に限らず、走査電極、信号電極等の配線やスペーサをも含む概念である。
【００３５】
すなわち、上述した実施の形態において、走査電極２３および信号電極２４は背面基板２０の絶縁基板２２上に形成され、つまり、絶縁基板２２上に接合されている。そのため、上述したグリッド１８と同様に、これらの走査電極２３および信号電極２４を、絶縁基板２２の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有した材料で形成するとともに、いずれの温度においても、絶縁基板２２より伸び率が高くなる熱膨張特性を持たせることにより、製造時および動作時、走査電極および信号電極に引張力が作用することがなく、これら走査電極および信号電極の剥離、断線等を防止することができる。
【００３６】
同様に、スペーサについても、前面基板１０あるいは背面基板２０の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有した材料で形成するとともに、上記と同様の熱膨張特性を持たせることにより、スペーサと背面基板との間の接合部、スペーサと前面基板との間の接合部の剥離、損傷を防止することができる。特に、スペーサとして、例えば、真空外囲器の対向する２辺間に亘って延びるような長尺なスペーサを用いた場合に顕著な作用効果を得ることができる。
【００３７】
ここで、熱膨張率差の好適な範囲について述べる。いま、構造体と基板の温度が等しいときに、接合部に引っ張り力が発生しない温度をＴｆとする。構造体を引っ張り力を印加しないで固定すれば、Ｔｆは固定時の温度となる。構造体の熱膨張率と温度をそれぞれαｓ、Ｔｓ、構造体が取り付けられている基板の熱膨張率と温度をそれぞれαｐ、Ｔｐとすると、構造体の接合部に引っ張り力が発生する条件は、
αｓ（Ｔｓ−Ｔｆ）≦αｐ（Ｔｐ−Ｔｆ）
より、
αｓ／αｐ≦（Ｔｐ−Ｔｆ）／（Ｔｓ−Ｔｆ）
となる。この式の左辺、右辺をそれぞれ、ｋ、Ｑとすると、
ｋ≦Ｑ
となる。
【００３８】
Ｑがいくつになるかは、製造条件や動作条件により異なる。また、実際には、構造体や基板の温度は一様ではなく、内部に分布がある。さらに、接合部がはずれるかどうかは、接合部の固定強度も関係してくる。
【００３９】
一方、ｋが大きすぎると、引っ張り力は発生しなくなるが、熱膨張差による構造体のたわみなどが問題となってくる。したがって、ｋの許容量がいくつになるかは、単純には求めることができず、実用性を考慮して設計された表示装置で、量産を想定した製造装置において検討することで決定される。
【００４０】
このような検討をしたところ、グリッドについては、
１．０７≦ｋ≦１．１５
とすることが望ましいという結果が得られた。ｋが１．０５より小さい場合は、製造の段階でどうしても発生する温度差により接合部がはずれるという問題を避けることが困難であった。また、ｋが１．１５より大きい場合は、グリッドと背面基板の温度が高くなった場合のグリッドのたわみ、位置精度が問題となることを避けることが困難であった。
【００４１】
さらに、上記検討の固有の条件を離れて、また、構造体一般に関して、許容されうるｋの範囲を推定してみたところ、
１．０２≦ｋ≦１．２
という結果が得られた。
【００４２】
なお、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、この発明はＳＥＤに限らず、電界放出型電子放出素子を用いたＦＥＤ、その他の平面表示装置にも適用可能である。また、グリッドは背面基板に限らず、前面基板に接合されていても良い。更に、各構成要素の寸法、材料等は、上述の実施の形態で示した数値、材料に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、温度差に起因する接合部の剥離、損傷を防止し、製造不良の低減および信頼性の向上を図ることが可能な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】この発明の実施の形態に係るＳＥＤを示す斜視図。
【図２】上記ＦＥＤにおけるグリッドと背面基板との接合部を拡大して示す平面図。
【図３】図１の線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図４】上記ＳＥＤの要部を拡大して示す斜視図。
【図５】上記ＳＥＤにおけるグリッドと背面基板との熱膨張特性を比較して示す図。
【符号の説明】
４…真空外囲器
８…側壁
１０…前面基板
１２…蛍光体スクリーン
１８…グリッド
２０…背面基板
２３…走査電極
２４…信号電極
２７…表面伝導型電子放出素子
３０…スペーサ
４６…開孔
４８…第１スペーサ
５０…第２スペーサ
【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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