(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示面を有する第１基板と、
上記第１基板に隙間を置いて対向配置されているとともに、上記画像表示面を励起する複数の電子源が設けられた第２基板と、
上記第１基板に対向した第１表面および上記第２基板に対向した第２表面、並びにそれぞれ上記電子源に対向した複数の開孔を有し、上記第１および第２基板間に設けられたグリッドと、
上記グリッドの第１表面上に立設され上記第１基板に当接した複数の柱状の第１スペーサと、
上記グリッドの第２表面上に立設され上記第２基板に当接した複数の柱状の第２スペーサと、を備え、
上記第２スペーサは、上記第２基板側の端部表面に形成され上記電子源から放出された電子ビームを反発する導電層を有し、
上記第１スペーサの高さは、上記第２スペーサの高さよりも低く形成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記第２基板と垂直な方向に沿った上記第２スペーサの高さをＨ、上記第２基板と垂直な方向に沿った上記導電層の形成範囲の高さをｈとすると、上記導電層の高さｈは、
ｈ＝Ｈ  ×  ０．２  ×  ａ
ａ＝０．９〜１．１
に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記各第１スペーサは、上記開孔の間で上記グリッドの第１表面上に立設され、上記各第２スペーサは、上記開孔の間で上記グリッドの第２表面上に立設され、上記第１スペーサと同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
上記グリッドの表面、並びに各開孔の内面には、高抵抗膜が形成されていることを特徴とする請求項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】
上記グリッドおよび第１基板に、互いに異なる電位を供給する電圧供給部を備えていることを特徴とする請求項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】
上記導電層は、金属又は合金からなる膜、あるいは金属及び合金の粒子を含有する導電性ガラスにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
上記導電層を構成する金属は、白金、タングステン、イリジウム、レニウム、オスミウム、ルテニウムの少なくとも１つを含む高融点金属であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対向配置された基板と、一方の基板の内面に配設された複数の電子源と、を有した画像表示装置に関する。
【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】
上記のような要望を満たす画像表示装置として、例えば、フィールドエミッションディスプレイ（以下ＦＥＤと称する）等の平面表示装置が注目されている。このＦＥＤは、所定の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、これらの基板は、その周縁部同士が直接あるいは矩形枠状の側壁を介して互いに接合され真空外囲器を構成している。第１基板の内面には蛍光体層が形成され、第２基板の内面には、蛍光体層を励起して発光させる電子源として複数の電子放出素子が設けられている。
【０００４】
また、第１基板および第２基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には支持部材として複数のスペーサが配設されている。そして、このＦＥＤ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とにより、蛍光体が発光して画像を表示する。
【０００５】
このようなＦＥＤでは、電子放出素子の大きさがマイクロメートルオーダーであり、第１基板と第２基板との間隔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、画像表示装置の高解像度化、軽量化、薄型化を達成することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような画像表示装置において、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以上に設定することが望ましい。しかし、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あまり大きくすることはできず、１〜２ｍｍ程度に設定する必要がある。そのため、第２基板から放出された電子が第１基板に形成された蛍光面に衝突する際、２次電子および反射電子が放出され、これらの２次電子、反射電子がスペーサに衝突し、この電界により基板間に配設されたスペーサが帯電してしまう。ＦＥＤにおける加速電圧では、一般にスペーサは正に帯電し、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、電子ビームの軌道ずれを防止し、画像品位の向上した画像表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、画像表示面を有する第１基板と、上記第１基板に隙間を置いて対向配置されているとともに、上記画像表示面を励起する複数の電子源が設けられた第２基板と、上記第１基板に対向した第１表面および上記第２基板に対向した第２表面、並びにそれぞれ上記電子源に対向した複数の開孔を有し、上記第１および第２基板間に設けられたグリッドと、上記グリッドの第１表面上に立設され上記第１基板に当接した複数の柱状の第１スペーサと、上記グリッドの第２表面上に立設され上記第２基板に当接した複数の柱状の第２スペーサと、を備え、
上記第２スペーサは、上記第２基板側の端部表面に形成され上記電子源から放出された電子ビームを反発する導電層を有し、上記第１スペーサの高さは、上記第２スペーサの高さよりも低く形成されていることを特徴としている。
【０００９】
上記のように構成された画像表示装置によれば、スペーサ近傍に位置した電子源から放出された電子は、一旦、スペーサの導電層によって形成された電界により電子がスペーサと反発する方向、即ち、スペーサから離れる方向へ軌道を取った後、今度はスペーサに吸引されスペーサに接近する方向へ軌道を取る。そして、この反発と吸引とにより電子の軌道ずれが相殺され、電子源から放出された電子は最終的に画像表示面の目標の位置に到達する。これにより、電子のミスランディングに起因する色純度の劣化を低減し、画像品位の向上した画像表示装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明を、平面表示装置として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、このＳＥＤは、透明な絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる第１基板１２および第２基板１０を備え、これらのプレートは約１．０〜２．０ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。第２基板１０は、第１基板１２よりも僅かに大きな寸法に形成されている。そして、第１基板１２および第２基板１０は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して周縁部同志が接合され、偏平な矩形状の真空外囲器１５を構成している。
【００１１】
第１基板１２の内面には画像形成面として蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、電子の衝突で赤、青、緑に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および黒色着色層１１を並べて構成されている。これらの蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂはストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、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が形成されている。なお、第１基板１２と蛍光体スクリーンとの間に、例えばＩＴＯからなる透明導電膜あるいはカラーフィルタ膜を設けてもよい。
【００１２】
第２基板１０の内面には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層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。また、第２基板１０上には、電子放出素子１８に電圧を印加するための図示しない多数本の配線がマトリック状に設けられている。
【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２基板１０の周縁部および第１基板１２の周縁部に封着され、第１基板および第２基板同志を接合している。
【００１４】
また、図２および図３に示すように、ＳＥＤは、第２基板１０および第１基板１２の間に配設されたスペーサアッセンブリ２２を備えている。本実施の形態において、スペーサアッセンブリ２２は、板状のグリッド２４と、グリッドの両面に一体的に立設された複数の柱状のスペーサと、を備えて構成されている。
【００１５】
詳細に述べると、グリッド２４は第１基板１２の内面に対向した第１表面２４ａおよび第２基板１０の内面に対向した第２表面２４ｂを有し、これらの基板と平行に配置されている。そして、グリッド２４には、エッチング等により多数の電子ビーム通過孔２６および複数のスペーサ開孔２８が形成されている。この発明における開孔として機能する電子ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８に対向して配列されている。また、スペーサ開孔２８は、それぞれ電子ビーム通過孔間に位置し所定のピッチで配列されている。
【００１６】
グリッド２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．２５ｍｍに形成されているとともに、その表面には、酸化処理によって金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Ｆｅ３Ｏ４、ＮｉＦｅ３Ｏ４からなる酸化膜が形成されている。更に、グリッド２４の表面には、ガラス、セラミックからなる高抵抗物質を塗布、焼成した高抵抗膜が形成され、高抵抗膜の抵抗は、Ｅ＋８Ω／□以上に設定されている。
【００１７】
また、電子ビーム通過孔２６は、例えば、０．１５〜０．２５ｍｍ×０．１５〜０．２５ｍｍの矩形状に形成され。スペーサ開孔２８は、例えば径が約０．２〜０．５ｍｍに形成されている。なお、上述した高抵抗膜は、グリッド２４に設けられた電子ビーム通過孔２６の壁面にも形成されている。
【００１８】
グリッド２４の第１表面２４ａ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、その延出端は、メタルバック１７および蛍光体スクリーン１６の黒色着色層１１を介してフェースプレート１２の内面に当接している。本実施の形態において、各第１スペーサ３０ａの延出端は、高さ緩和層として機能するインジウム層３１を介してメタルバック１７に当接している。ここで、高さ緩和層は、電子ビームの軌道に何ら影響を与えるものではなく、スペーサの高さばらつきの緩和効果がある適当な硬度を持つものであれば、金属に限定されるものではない。
【００１９】
また、グリッド２４の第２表面２４ｂ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、その延出端は、第２基板１０の内面に当接している。そして、各スペーサ開孔２８、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに同軸上に整列して位置し、第１および第２スペーサはこのスペーサ開孔２８を介して互いに一体的に連結されている。
第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂの各々は、グリッド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。
【００２０】
例えば、各第１スペーサ３０ａはグリッド２４側に位置した基端の径が約０．４ｍｍ、延出端の径が約０．３ｍｍ、高さが約０．４ｍｍに形成され、また、各第２スペーサ３０ｂはグリッド２４側に位置した基端の径が約０．４ｍｍ、延出端の径が約０．２５ｍｍ、高さが約１．０ｍｍに形成されている。このように、第１スペーサ３０ａの高さは、第２スペーサ３０ｂの高さよりも低く形成され、第２スペーサの高さは、第１スペーサの高さに対し約４／３倍以上、望ましくは２倍以上に設定されている。
【００２１】
そして、第１スペーサ３０ａおよび第２スペーサ３０ｂをスペーサ開孔２８と同軸的に整列して一体的に設けることにより、第１および第２スペーサはスペーサ開孔を通して互いに連結され、グリッド２４を両面から挟み込んだ状態でグリッド２４と一体に形成されている。
【００２２】
本実施の形態において、第１スペーサ３０ａ及び第２スペーサ３０ｂの表面抵抗は５×１０13Ωとなっており、各第２スペーサ３０ｂの先端部、つまり、第２基板１０側の端部の外面には、例えば、白金、タングステン、イリジウム、レニウム、オスミウム、ルテニウム等の高融点金属あるいはそれら金属を含有する導電性ガラスからなる導電層３３が形成されている。導電層３３として、インジウム、アルミニウム、銅等の金属も使用可能ではあるが、放電が起きた際、溶融温度が低いと溶融して本来の機能を発揮しなくなる恐れがあり、高融点金属を用いる方が望ましい。
【００２３】
第２基板１０に対して垂直な方向に沿った第２スペーサ３０ｂの高さをＨ、第２基板１０に対して垂直な方向に沿った導電層３３の形成範囲の高さをｈとすると、導電層の高さｈは、
ｈ＝Ｈ  ×  ０．２  ×  ａ
に形成されている。ここで、ａ＝０．９〜１．１であり、許容誤差範囲を示している。
【００２４】
この導電層３３は、例えば、以下の方法により形成されている。グリッド２４上に第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂを形成した後、図４に示すように、グリッドの第１表面２４ａ側には第１スペーサ３０ａの全面を覆うようにマスク４０を設け、また、第２表面２４ｂ側には、第２スペーサ３０ｂの先端部のみが露出するようにマスク４２を設ける。この状態で、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、スプレーコート法などにより、露出した第２スペーサ３０ｂの先端部表面に導電層３３を形成する。その後、マスク４０、４２を除去する。
【００２５】
図２および図３に示すように、上記のように構成されたスペーサアッセンブリ２２は第１基板１２および第２基板１０間に配設されている。そして、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、第１基板１２および第２基板１０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。
【００２６】
図２に示すように、ＳＥＤは、グリッド２４および第１基板１２のメタルバック１７に電圧を印加する電圧供給部５０を備えている。この電圧供給部５０は、グリッド２４およびメタルバック１７にそれぞれ接続され、例えば、グリッド２４に１２ｋＶ、メタルバック１７に１０ｋＶの電圧を印加する。すなわち、グリッド２４に印加する電圧は、フェースプレート１２に印加する電圧よりも高く設定され、例えば、１．２５倍以内に設定されている。
【００２７】
そして、この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Ｂ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。
【００２８】
以上のように構成されたＳＥＤによれば、第２スペーサ３０ｂの近傍に位置した電子放出素子１８から放出された電子ビームＢは、一旦、第２スペーサの導電層３３の形成する電界によりスペーサと反発する方向、即ち第２スペーサから離れる方向へ軌道を取りながら電子ビーム通過孔２６に向かう。その後、電子ビームＢは、今度は、帯電した第２スペーサ３０ｂおよび第１スペーサ３０ａに吸引され、これらのスペーサに接近する方向へ軌道を取る。そして、この反発と吸引とにより電子ビームＢの軌道ずれが相殺され、電子放出素子１８から放出された電子ビームＢは、最終的に蛍光体スクリーン１６の目標の蛍光体層に到達する。
【００２９】
具体的には、電子放出素子からスペーサ側壁への距離が小さいほど、電子ビームがスペーサ側へ移動する量は大きく、逆にスペーサ側壁への距離が十分に大きい場合、電子ビームがスペーサ側へ移動する量は無視できる量となる。電子ビームの移動現象は、蛍光面で発生した２次電子及び反射電子がスペーサに衝突することで発生し、この時ＳＥＤで使用される加速電圧からスペーサ表面での２次電子放出係数が１以上となり、スペーサ側壁は正に帯電し、電子ビームをスペーサ側へと引き付ける事になる。
【００３０】
本実施の形態では、スペーサ側壁への帯電を逃がすのではなく、スペーサ表面の一部、しかも電子の速度の小さい第２基板側の端部に導電層３３を設けることにより、電子ビームがスペーサと反発する方向に容易に電界を形成することが可能となり、この導電層の高さを制御することで電界の強さを変え、反発量を制御することが出来る。そのため、ＣＲＴにおける電子銃のグリッドのように、特定の距離に低電位の部分と高電位の部分を交互に設け、電子レンズによる収束系を設け、電子ビームを収束させるような複雑な機構を設ける必要がない。
【００３１】
従って、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂが帯電し、これらスペーサにより電子ビームＢが引き付けられた場合でも、電子ビームの軌道ずれを防止することができる。これにより、電子ビームＢのミスランディングを防止し、その結果、色純度の劣化を低減して画像品位の向上を図ることができる。
【００３２】
本実施の形態に係るＳＥＤと、上述した導電層３３の設けられていないスペーサを備えたＳＥＤとを用意し、電子ビームの移動量を比較したところ、本実施の形態に係るＳＥＤでは、スペーサ近傍を通る電子ビームの移動量が約８０％抑制され、表示画像の色純度も改善された。
【００３３】
更に、上記ＳＥＤによれば、第１基板１２と第２基板１０との間にグリッド２４が配置されているとともに、第１スペーサ３０ａの高さは、第２スペーサ３０ｂの高さよりも低く形成されている。これにより、グリッド２４は第２基板１０よりも第１基板１２側に接近して位置している。そのため、第１基板１２側から放電が生じた場合でも、グリッド２４により、第２基板１０上に設けられた電子放出素子１８の放電破損を抑制することが可能となる。従って、放電に対する耐圧性に優れ画像品位の向上したＳＥＤを得ることができる。
【００３４】
第１基板側の第１スペーサが第２基板側の第２スペーサよりも高く形成されたスペーサアッセンブリを有するＳＥＤと、本実施の形態に係るＳＥＤとを用意し、これらのＳＥＤについて１０００時間作動後における電子放出素子の破損状態を比較したところ、本実施の形態に係るＳＥＤでは、電子放出素子の破損が４０％低減された。
【００３５】
また、上記構成のＳＥＤによれば、第１基板１２側に設けられた第１スペーサ３０ａの高さを第２基板１０側に設けられた第２スペーサ３０ｂよりも低く形成することにより、グリッド２４に印加する電圧を第１基板１２に印加する電圧より大きくした場合でも、電子放出素子１８から発生した電子を蛍光体スクリーン側へ確実に到達させることができる。
【００３６】
更に、高さ緩和層を設けることにより、複数の第１スペーサ３０ａに高さのばらつきがあった場合でも緩和層によりばらつきを吸収し、複数の第１スペーサと第１基板１２とを確実に接触させることができる。従って、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂにより、第１基板１２および第２基板１０間の間隔をほぼ全域に亘って均一に保持することが可能となる。
【００３７】
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、グリッドを備えた画像表示装置に限らず、グリッドを持たない画像表示装置にも適用可能である。この場合、それぞれ一体に形成された柱状あるいは板状のスペーサを用い、各スペーサの第２基板側の端部に導電層を設けることにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
その他、この発明において、スペーサ形成材料は上述したガラスペーストに限らず、必要に応じて適宜選択可能である。また、スペーサの径や高さ、その他の構成要素の寸法、材質等は必要に応じて適宜選択可能である。更に、グリッド表面および第２スペーサに設けられた高抵抗膜は、ガラスや、酸化錫および酸化アンチモンに限らず、必要に応じて適宜選択可能である。
【００３９】
一方、電子源は、表面導電型電子放出素子に限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等、種々選択可能である。また、この発明は、上述したＳＥＤに限定されることなく、ＦＥＤ、ＰＤＰ等の種々の画像表示装置にも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、電子ビームの軌道ずれを防止し、画像品位の向上した画像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】図１の線Ａ−Ａに沿って破断した上記ＳＥＤの斜視図。
【図３】上記ＳＥＤを拡大して示す断面図。
【図４】上記ＳＥＤにおけるスペーサの導電層を形成する工程を模式的に示す図。
【符号の説明】
１０…第２基板
１２…第１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…スペーサアッセンブリ
２４…グリッド
２４ａ…第１表面
２４ｂ…第２表面
２６…電子ビーム通過孔
２８…スペーサ開孔
３０ａ…第１スペーサ
３０ｂ…第２スペーサ
３１…導電層
５０…電圧供給部
【図１】
0003825703.tif 000002
【図２】
0003825703.tif 000003
【図３】
0003825703.tif 000004
【図４】
0003825703.tif 000005