JP2006066336A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、容易且つ安価に製造でき、電子放出特性を固体毎に安定させることができ、電子ビームの形状を任意に設定できる電子放出素子を有する表示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ＰＥＤは、背面基板の内面４ａに信号配線１８ａ、１８ｂ、および走査配線１８ｃ、１８ｄをマトリックス状に形成して、各交点に対応して電子放出部材としてのＰＺＴフィルム２４を形成して構成されている。ＰＺＴフィルム２４は、配線に接続した素子電極２１、２２間に電圧を印加することにより、その形状に依存した断面形状の電子ビームを放出する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、背面基板に設けた電子放出素子から電子を放出させて前面基板に設けた蛍光体層を励起発光させることによりカラー画像を表示する表示装置に関する。

近年、偏平な平面パネル構造の真空外囲器を有する表示装置として、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等が知られている。また、ＦＥＤの一種として、表面伝導型の電子放出素子を備えた表示装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。

ＳＥＤは、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する。これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部を互いに接合され、内部を真空にされて偏平な平面パネル構造の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、蛍光体層を励起発光させる電子の放出源として、画素毎に対応する多数の電子放出素子が整列配置されている。また、背面基板の内面上には、電子放出素子を駆動するための多数本の配線がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器の外部に引き出されている。

各電子放出素子は、配線に接続された一対の素子電極と、これら一対の素子電極をつなぐ導電膜と、を有し、一対の素子電極間で導電膜に亀裂を生じさせて電子放出部を構成している（例えば、特許文献１参照。）。この電子放出素子を駆動する場合、前面基板と背面基板との間に電子を加速するためのアノード電圧を印加し、その上で、一対の素子電極間に素子電圧を与える。これにより、電子放出部を飛び越えた電子が前面基板に向かって加速される。

上述した電子放出素子を形成する場合、一対の素子電極をつなぐ導電膜を形成した後、素子電極間にパルス状の高電圧を与えてジュール熱により導電膜に亀裂を形成し、亀裂の幅、すなわちギャップを安定させるため、有機ガス雰囲気で一対の素子電極にパルス電圧を与えて亀裂のエッジ部分にカーボンを付着させる。

このように、上述した従来のＳＥＤの電子放出素子の製造には、多くの工程が必要であり、製造コストが高くなる問題があった。特に、導電膜に亀裂を生じさせるフォーミング処理は真空雰囲気で実施する必要があり、亀裂にカーボンを付着させる活性化処理は所定の有機ガス雰囲気で実施する必要があるため、それぞれの雰囲気を用意するのに多くの時間が必要とされ、製造時間が長くなる問題があった。

また、従来のＳＥＤの電子放出素子を製造する場合、ジュール熱により導電膜に亀裂を生じさせて電子放出部を形成するため、カーボンを付着させる活性化処理をしても、固体毎にギャップが不均一となり、電子放出特性がバラバラになる問題があった。

さらに、従来のＳＥＤでは、導電膜に亀裂を形成して電子放出部を構成するため、放出される電子ビームの形状が細長くなり、結果的にビームスポットも細長くなってしまい、蛍光体層の特定の領域だけが劣化して蛍光体層の寿命が短くなる問題があった。
特開平９−２３７５７１号公報

この発明の目的は、容易且つ安価に製造でき、電子放出特性を固体毎に安定させることができ、電子ビームの形状を任意に設定できる電子放出素子を有する表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明の表示装置は、複数の蛍光体層を有する前面基板と、上記複数の蛍光体層に対応した複数の電子放出素子およびこれら複数の電子放出素子を駆動する配線を有する背面基板と、を位置合わせして対向させ、内部を真空にしてその周縁部同士を封着した真空外囲器を有し、上記電子放出素子は、上記配線に接続された一対の電極と、これら一対の電極をつなぐように設けられた電子放出部材と、を有し、上記電子放出部材は、当該電子放出部材に接続された一対の電極間に電位差を与えることにより電子を放出する材料により形成されていることを特徴とする。

上記発明によると、一対の電極をつなぐ電子放出部材に電圧を与えるだけで電子を放出させることができ、電子放出素子の構造を簡略化できる。また、電子放出部材の形状や厚さなどを変えることにより、放出される電子ビームの形状や特性を変えることができ、所望する特性を有する電子ビームを放出させることができる。

また、この発明の表示装置は、複数の蛍光体層を有する前面基板と、上記複数の蛍光体層に対応した複数の電子放出素子を有する背面基板と、を位置合わせして対向させ、内部を真空にしてその周縁部同士を封着した真空外囲器を有し、上記電子放出素子は、所定温度に加熱することにより電子を放出する電子放出部材と、この電子放出部材を所定温度に加熱するヒータと、を有する。

上記発明によると、各電子放出素子のヒータを動作させて電子放出部材から電子を放出させることができ、電子放出素子の構造を簡略化できる。また、電子放出部材の形状や厚さなどを変えることにより、放出される電子ビームの形状や特性を変えることができ、所望する特性を有する電子ビームを放出させることができる。

この発明の表示装置は、上記のような構成および作用を有しているので、電子放出素子を容易且つ安価に製造でき、電子放出素子の電子放出特性を固体毎に安定させることができ、電子放出素子から放出させる電子ビームの形状を任意に設定できる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
始めに、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態に係る表示装置の一例として、ＰＥＤ（Pyroelectric Emission Display）について説明する。図１は、前面基板２を部分的に切り欠いた状態のＰＥＤの真空外囲器１０（以下、表示パネル１０と称する場合もある）を示す斜視図であり、図２は、図１の真空外囲器１０を線分II-IIで切断した断面図であり、図３は、図２の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。

図１乃至図３に示すように、表示パネル１０は、それぞれ矩形のガラス板からなる前面基板２および背面基板４を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて互いに平行に対向配置されている。なお、背面基板４は、前面基板２より１回り大きいサイズを有する。また、前面基板２および背面基板４は、ガラスからなる矩形枠状の側壁６を介して周縁部同志が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造の真空外囲器を構成している。

前面基板２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１２が形成されている。この蛍光体スクリーン１２は、赤、青、緑の蛍光体層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１２上には、アルミニウム等からなるメタルバック１４が形成されている。

背面基板４の内面には、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起発光させるための電子を放出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電子放出素子１６が設けられている。これらの電子放出素子１６は、画素毎、すなわち蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ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１６は、後述する電子放出部材２４（図４参照）、この電子放出部材に電圧を印加する一対の素子電極２１、２２（図４参照）等で構成されている。また、背面基板４の内面上には、各電子放出素子１６に駆動電圧を与えるための多数本の配線１８がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引き出されている。

接合部材として機能する側壁６は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材１９により、前面基板２の周縁部および背面基板４の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。本実施の形態では、背面基板４と側壁６をフリットガラス１９ａを用いて接合し、前面基板２と側壁６をインジウム１９ｂを用いて接合した。もし、配線１８のある背面基板４と側壁６を低融点金属で封着する場合は、配線１８と封着材１９の電気ショートを避けるため、中間層として絶縁層を設ける必要がある。

また、表示パネル１０は、前面基板２と背面基板４の間にガラスからなる複数の細長い板状のスペーサ８を備えている。本実施の形態において、スペーサ８は、複数の細長いガラス板としたが、矩形板状の金属板からなるグリッド（図示せず）と、グリッドの両面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサ（図示せず）と、で構成しても良い。

各スペーサ８は、上述したメタルバック１４、および蛍光体スクリーン１２の遮光層１１を介して前面基板２の内面に当接する上端８ａ、および背面基板４の内面上に設けられた配線１８上に当接する下端８ｂを有する。しかして、これら複数のスペーサ８は、前面基板２および背面基板４の外側から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。

さらに、ＰＥＤは、前面基板２のメタルバック１４と背面基板４との間にアノード電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。電圧供給部は、例えば、背面基板４の電位を０Ｖに設定し、メタルバック１４の電位を１０ｋＶ程度にするよう、両者の間にアノード電圧を印加する。

そして、上記ＰＥＤにおいて、画像を表示する場合、配線１８に接続した図示しない駆動回路を介して電子放出素子１６の素子電極間に電圧を与え、任意の電子放出素子１６の電子放出部材から電子ビームを放出するとともに、メタルバック１４にアノード電圧を印加する。電子放出部材から放出された電子ビームは、アノード電圧により加速され、蛍光体スクリーン１２に衝突する。これにより、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

また、上記構造の表示パネル１０を製造する場合、予め、蛍光体スクリーン１２およびメタルバック１４の設けられた前面基板２を用意し、電子放出素子１６および配線１８が設けられているとともに側壁６およびスペーサ８が接合された背面基板４を用意しておく。そして、前面基板２、および背面基板４を図示しない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６を介して前面基板２を背面基板４に接合する。これにより、複数のスペーサ８を備えた表示パネル１０が製造される。

図４には、本発明の実施の形態に係る電子放出素子１６を背面基板４の内面側から見た概略構造を平面図として示してある。この電子放出素子１６は、配線１８に接続された一対の素子電極２１、２２、および一対の素子電極２１、２２をつなぐ電子放出部材２４を有する。

より詳細には、背面基板４の内面４ａに図示しないバリアメタルを介して配線１８、すなわち信号配線１８ａ、１８ｂ、および走査配線１８ｃ、１８ｄが互いに絶縁状態でマトリックス状に形成され、各信号配線と走査配線の交点に対応して電子放出素子１６がそれぞれ形成されている。例えば、図４では、信号配線１８ａに一方の素子電極２１が接続され、走査配線１８ｃに他方の素子電極２２が接続される。そして、これら一対の素子電極をつなぐように電子放出部材としてのＰＺＴフィルム２４が設けられる。

ＰＺＴフィルム２４は、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタニウム（Ｔｉ）を含む酸化物を薄膜にした強誘電体膜であり、この薄膜に接続した素子電極２１、２２間に所定の電圧を与えることにより電子を放出する特性を有する。つまり、一対の素子電極２１、２２間に所定の電圧を与えることによりＰＺＴフィルム２４が加熱されてその表面から電子が放出され、アノード電圧によって加速されて蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを光らせることになる。この他に、ＰＺＴフィルム２４をヒータ等により所定温度まで加熱させることでもフィルム表面から電子を放出させることもできる。

例えば、ＰＺＴフィルムを電子放出源として利用した装置として、Integrated Ferroelectrics, 2001, Vol. 41, pp. 17-24に紹介されている半導体装置などが知られている。ここでは、電子放出源としてＢａＴｉＯ₃を用いることも示されている。つまり、本願本発明の装置でも、ＰＺＴフィルム２４の代わりにＢａＴｉＯ₃を用いることもできる。

本実施の形態では、図４に示すように、ＰＺＴフィルムなどの強誘電体膜２４の形状を蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの形状に合わせて矩形状にした。つまり、フィルム２４の表面から放出される電子ビームのスポット形状は、フィルム２４の形状を踏襲して決まるため、フィルム２４の形状を蛍光体層の形状と略同じ形状にすることで、蛍光体層の略全面に電子ビームを効率良く照射できる。この他に、ＰＺＴフィルム２４の形状を、蛍光体層の形状に近い長円形状としても良い。

言い換えると、本実施の形態のＰＺＴフィルム２４を電子放出部材とすることで、電子ビームの形状を任意に設計でき、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの発光効率を高めることができ、表示輝度を高めることができ、且つ蛍光体の寿命をも延長できる。

ここで、上述した電子放出素子１６の製造工程について、図４とともに図５に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、背面基板４の内面４ａにスパッタリングによりプラチナをコーティングしてバリアメタルを形成する（ステップ１）。この後、下配線、すなわち信号配線１８ａ、１８ｂをフォトレジストにより形成し（ステップ２）、絶縁層を介して（ステップ３）、上配線、すなわち走査配線１８ｃ、１８ｄを銀ペーストの印刷により形成する（ステップ４）。

さらに、一対の素子電極２１、２２を形成した後（ステップ５）、各電極２１、２２をつなぐように、絶縁層を介して（ステップ６）ＰＺＴフィルム２４のパターンを形成する（ステップ７）。このとき、ＰＺＴをスパッタリングにより成膜し、レジスト層をスピンコートあるいはスプレーコートにより形成し、所定のマスクパターンを介してレジストを露光し、レジストを剥離してパターンを形成する。

または、ＰＺＴを粉砕した粒子をバインダに混入したインクを用いて印刷し、焼成によりＰＺＴフィルム２４のパターンを形成しても良い。

いずれにしても、本実施の形態によると、電子放出素子１６の製造工程を簡略化でき、装置の製造コストを低減できる。例えば、ＳＥＤの電子放出素子のように、素子電極をつなぐ導電膜を形成した後、フォーミング処理により亀裂を生じさせて、活性化処理により亀裂にカーボンを付着させる必要はなく、電子の放出特性に固体差のない電子放出素子を提供できる。

なお、この発明は、上述した実施の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、上述した実施の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、上述した実施の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良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

この発明の実施の形態に係るＰＥＤの真空外囲器を示す外観斜視図。 図１の真空外囲器を線分II−IIに沿って切断した断面斜視図。 図２の断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 ＰＥＤの電子放出素子の配線構造を示す平面図。 図４の電子放出素子の製造方法を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…ＰＥＤ、２…前面基板、４…背面基板、６…側壁、８…スペーサ、１０…真空外囲器（表示パネル）、１２…蛍光体スクリーン、１４…メタルバック、１６…電子放出素子、１８…配線、２１、２２…素子電極、２４…ＰＺＴフィルム。

Claims (10)

1. 複数の蛍光体層を有する前面基板と、上記複数の蛍光体層に対応した複数の電子放出素子およびこれら複数の電子放出素子を駆動する配線を有する背面基板と、を位置合わせして対向させ、内部を真空にしてその周縁部同士を封着した真空外囲器を有し、
   上記電子放出素子は、
   上記配線に接続された一対の素子電極と、
   これら一対の素子電極をつなぐように設けられた電子放出部材と、を有し、
   上記電子放出部材は、
   当該電子放出部材に接続された一対の素子電極間に電位差を与えることにより電子を放出する材料により形成されていることを特徴とする表示装置。
2. 上記電子放出部材は、ＰＺＴフィルムなどの強誘電体膜により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記強誘電体膜は、上記蛍光体層の形状に合わせて略矩形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 上記強誘電体膜は、長円形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 上記電子放出部材は、ＢａＴｉＯ₃であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 複数の蛍光体層を有する前面基板と、上記複数の蛍光体層に対応した複数の電子放出素子を有する背面基板と、を位置合わせして対向させ、内部を真空にしてその周縁部同士を封着した真空外囲器を有し、
   上記電子放出素子は、
   所定温度に加熱することにより電子を放出する電子放出部材と、
   この電子放出部材を所定温度に加熱するヒータと、
   を有することを特徴とする表示装置。
7. 上記電子放出部材は、ＰＺＴフィルムなどの強誘電体膜により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 上記強誘電体膜は、上記蛍光体層の形状に合わせて略矩形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 上記強誘電体膜は、長円形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
10. 上記電子放出部材は、ＢａＴｉＯ₃であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。

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