專利名稱：圖像顯示設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到具備彼此相對的一對基板的平面圖像顯示設備。
背景技術：
各種平面顯示設備已經(jīng)發(fā)展成新一代圖像顯示設備，在這些圖像顯示設備中，大量的電子發(fā)射元件并排地排列在一起并且面對著熒光屏。雖然電子發(fā)射源可以是各種不同類型的電子元件，但是它們基本上都是利用場致發(fā)射。使用這些電子發(fā)射元件的顯示設備通常稱為場致發(fā)射顯示器(下文中稱之為FED)。在這些FED之中，使用表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的顯示設備稱為表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器(下文中稱之為SED)。但是，在該說明書中，術語“FED”用作為包含SED的設備的通稱。
通常，F(xiàn)ED包括彼此相對、且之間相隔一間隙的前基板和后基板。這些基板的各自周邊部分通過矩形框架形狀的側壁連接到一起，藉此組成一個真空封層。真空封層的內部保持高真空，其真空度大約為10-4Pa或者更高。為了支撐住施加在前基板和后基板上的大氣負壓，在兩基板之間設置有多個支撐元件。
在前基板的內表面上形成了包括有紅、藍和綠色熒光層的熒光屏，同時，發(fā)射用于激發(fā)該熒光層發(fā)光的電子的大量電子發(fā)射元件設置在后基板的內表面上。此外，大量的掃面線和信號線形成一陣列，并且連接到電子發(fā)射元件。陽極電壓施加在熒光屏上，并且從電子發(fā)射元件中發(fā)射出的電子束由陽極電壓加速，并且撞擊在熒光屏上，從而熒光層產(chǎn)生輝光并且顯示出圖像。
在這種類型的FED中，前后基板之間的間隙可以設置為幾毫米或更小。因此，較之現(xiàn)有電視機或電腦顯示器所用的陰極射線管，F(xiàn)ED可以實現(xiàn)更輕的重量和更薄的厚度。
為了獲得以該方式構建的FED的實際顯示特征，有必要使用類似于常規(guī)陰極射線管的熒光質，并且使用通過在熒光質上形成所謂的金屬背層的鋁薄膜而獲得的熒光屏，施加在熒光屏上的陽極電壓設定為至少為幾個kV，同時最好是10kV或更高。
考慮到分辨率以及支撐元件的屬性等，前后基板之間的間隙不能做得很寬，并且設定為大約1到2mm。因此，在FED中，在前基板和后基板之間的窄間隙中會不可避免地產(chǎn)生一強電場，從而在基板之間的放電將成為一個問題。
如果對放電所造成的損害不采取應對措施，放電將會不可避免地損壞或一定程度地損害電子發(fā)射元件以及它們所連接的薄膜電極、熒光屏、驅動IC以及驅動電路。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為放電損害。在涉及到這些損害的情形中，為了讓FED投入到實際應用中，必需在長時間周期內絕對禁止放電產(chǎn)生。但是，做到這一點是很難的。
相應地，有必要采取減小放電電流的應對措施，從而如果出現(xiàn)放電，則可將該放電限制在幾乎不會出現(xiàn)負面放電損害的水平上。在日本專利申請公開公報號.2003-311642中描述了達到該目的的一種技術，對熒光屏上的金屬背層進行刻痕處理以形成曲折形或其它類的圖案，藉此增強熒光屏的有效阻抗。此外，在日本專利申請公報號.10-326583中描述了一種技術，其中將金屬背層劃分開，并且通過電阻元件連接到普通電極，從而可以對其施加高電壓。此外，在日本專利申請公報號.2000-251797中描述了一種技術，用導電材料涂敷在金屬背層的分隔部分上，以限制各個分隔部分中的放電。在日本專利申請公報號.2003-242911中描述了一種技術，該技術中將金屬背層分隔開或對其進行圖案處理，此外，將電阻材料用作為金屬背層。
但是，后繼的測試揭示出通過這些技術僅僅能夠將放電電流減小到大約3A左右，在這些現(xiàn)有技術當中，具有較高放電電流限制效果的金屬背層是以徑向方向劃分開的。
因此，可以防止熒光屏和驅動IC被損壞?？梢曰旧媳ＷC電子源不會被損壞。但是，如果有涉及電子發(fā)射元件的任何放電現(xiàn)象出現(xiàn)，雖然這樣的情形很少，但是在某些情形下會出現(xiàn)點缺陷。此外，為限制連接到電子發(fā)射元件的薄膜電極的非連接狀態(tài)而采取的對應措施將導致工藝流程增加，成本增加。另一方面，必需對驅動IC進行特殊設計以能夠承受大約3A的電流，這樣也會導致成本增加。相應地，人們越來越希望能夠研制出可減少放電電流的技術。

發(fā)明內容
為解決這些問題而做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種圖像顯示設備，較之現(xiàn)有技術，在該設備中，前基板和后基板之間所產(chǎn)生的放電的放電電流有了顯著地減少。
為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明一方面的圖像顯示設備包括前基板，具有包含有熒光質層和光屏蔽層的熒光屏，以及迭加在熒光屏上的金屬背層；還有與前基板相對的后基板，其上設有朝著熒光屏發(fā)射電子的多個電子發(fā)射元件，所述金屬背層具有對應于熒光層的一區(qū)域，并且在第一方向上由間隙g1分隔開，在垂直于第一方向的第二方向上由間隙g2分隔開，并且有如下關系式g1＜g2，以及ρg1＜ρg2，其中ρg1和ρg2分別是間隙g1和g2的薄層電阻。
還有如下關系式0.5≤(Rg1/Rg2)1/2/(g1/g2)≤2。
其中Rg1和Rg2分別是間隙g1和g2處的電阻。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的SED的透視圖；圖2是沿著圖1所示線II-II所截取的SED的截面圖；圖3是SED前基板的熒光屏和金屬背層的平面圖；圖4是SED的熒光屏部分的平面圖；圖5是沿著圖4所示線V-V所截取的熒光屏等的截面圖；圖6是沿圖4所示線VI-VI所截取的熒光屏等的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施例SED的熒光屏等的截面圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實施例SED的熒光屏等的截面圖。
具體實施例將參照附圖對本發(fā)明所適用的SED實施例進行詳細描述。
圖1和2示出本發(fā)明該實施例所通用SED的結構。該SED包括前基板2和后基板1，每一個都有矩形玻璃板所構成。這些基板彼此相對放置，其間相隔有大約1到2mm大小的間隙。前基板2和后基板1各自的周邊部分通過矩形框架形狀的側壁3連接到一起，藉此形成一個平整矩形真空封層4，該封層的內部保持為10-4Pa或更高的高真空。
在前基板2的內表面上形成有熒光屏6。該熒光屏6具有分別產(chǎn)生紅、藍和綠色輝光放電的熒光層，以及矩陣形的光屏蔽層。在熒光屏6上形成有作為陽極的金屬背層。在顯示操作時，將預定陽極電壓施加在金屬背層7上。稍后將對熒光屏6的構造進行描述。
設置在后基板內表面上的是多個電子發(fā)射元件8，它們各自發(fā)射用于激發(fā)熒光層的電子束。這些電子發(fā)射元件8對應于各單像素排列成多個列和多個行。這些電子發(fā)射元件8由以矩陣方式排列的配線(未示出)所驅動。用于支撐施加在后基板1和前基板2上大氣壓的多個盤狀或柱狀襯架10排列在這些基板之間。
陽極電壓通過金屬背層7而施加在熒光屏6上，并且從電子發(fā)射元件8中發(fā)射出的電子束由陽極電壓加速并撞擊在熒光屏6上。因此，相應的熒光層產(chǎn)生輝光并顯示圖像。
圖3示出前基板2，特別是本發(fā)明該實施例所通用的熒光屏6的結構。熒光屏6具有分別發(fā)出紅、綠和藍色輝光的多個矩形熒光層R、G和B。如果前基板2的徑向方向以及垂直于該方向的橫向方向分別是第一方向X和第二方向Y，則熒光層R、G和B交替重復地排列在第一方向X上，其相互之間有一定的間隙，并且相同顏色的熒光層排列在第二方向Y上，其相互之間有一定的間隙。這些間隙雖然是給定的，但是可能會在制造誤差范圍或設計微調的范圍內波動，同時并非總是有固定的值。此外，熒光屏6具有光屏蔽層22。該光屏蔽層22具有沿著前基板2的邊沿部分而延伸的矩形框架部分22a，以及在矩形框架部分內部的熒光層R、G和B之間以矩形方式延伸成矩陣形的矩陣部分22b。
將參照圖4到圖6對本發(fā)明第一實施例進行詳細描述。圖4是熒光屏6的平面圖，同時圖5和6分別是熒光屏6的X和Y方向上的截面圖。
在上述的描述中，將適當?shù)臄?shù)值給定為尺寸的標準，在該情形中，各像素(R、G和B的組合)是以600μm的間距而排列的方形像素。
在光屏蔽層22上形成有電阻調節(jié)層30。在對應于矩陣部分22b的區(qū)域中，電阻調節(jié)層30具有多個水平線部分31H，它們分別在熒光層之間的X方向上延伸，以及多個垂直線部分31V，它們分別在熒光層之間的Y方向上延伸。由于熒光層R、G和B是以X方向所排列的，則垂直線部分31V比水平線部分31H要窄很多。例如，每一垂直線部分31V的寬度為40μm，而每一水平線部分31H的寬度為300μm。
垂直線部分31V所用材料的電阻要低于水平線部分31H所用材料的電阻。稍后將會提到這些電阻值。采用公知的光刻技術，用電阻型金屬氧化物的微粒來形成水平線部分31H和垂直線部分31V。熒光層R、G和B通過諸如絲網(wǎng)印刷或光刻技術的公知技術而形成的。
在電阻調節(jié)層30上形成有薄膜分隔層32。該薄膜分隔層32具有在電阻調節(jié)層30的水平線部分31H上分別形成的水平線部分33H，以及在電阻調節(jié)層30的垂直線部分31V上分別形成的垂直線部分33V。在該薄膜分隔層32中，微粒以一定的密度分布擴散，從而其表面是粗糙的，藉此將通過氣相而淀積所形成的薄膜分隔開來。薄膜分隔層32比光屏蔽層22要稍窄。在另一示例中，每一水平線部分33H的寬度為260μm，同時每一垂直線部分33V的寬度為20μm。
在薄膜分隔層32形成之后，使用涂漆器等來執(zhí)行光滑處理，以使得金屬背層7光滑。在金屬背層7形成之后，通過烘烤來消除用于該光滑處理的薄膜?；旧?，這種光滑處理在CRT等領域是眾所周知的。對于對應于薄膜分隔層32的一區(qū)域來說，通過對條件進行控制，使之失去光滑效果。
在光滑處理之后，通過薄膜成形工藝來形成金屬背層7。因此，由薄膜分隔層32分開形成分隔的金屬背層7a。在該情形中，在分隔的金屬背層7a之間的間隙基本等同于薄膜分隔層32的水平線部分33H和垂直線部分33V的寬度。每個間隙的X和Y方向尺寸g1和g2分別為20μm和260μm。
下面詳細描述如何設置電阻調節(jié)層30的電阻值。假設間隙g1和g2的薄層電阻分別是ρg1和ρg2，并且g1和g2表示各自間隙，以及間隙值。在上述描述的結構中，ρg1和ρg2基本上分別等于垂直線部分31V和水平線部分31H的薄層電阻。假設間隙g1和g2的電阻分別為Rg1和Rg2。Rg1和Rg2是在相鄰分隔金屬背層7a之間所測量到的電阻。如果垂直線部分和水平線部分在分隔間距處的長度分別為W1和W2，則Rg1和Rg2由下列等式近似給出Rg1＝ρg1·g1/W1Rg2＝ρg2·g2/W2雖然ρg1和ρg2并非總是電阻調節(jié)層30的值，但通常ρg1和ρg2是由通過測量Rg1和Rg2并且計算上述近似表達式而得出的值所確定。
如果放電出現(xiàn)，則放電處的分隔金屬背層7a的電壓將從陽極電壓降至0V。但是由于相鄰分隔金屬層的壓降并不相等，則在在間隙g1和g2中會分別產(chǎn)生電勢差Vg1和Vg2。如果該電勢差超過了間隙的承受電壓，則在間隙之間不可避免會出現(xiàn)放電。通過放電間隙g1和g2以低阻值連接。此外，在某些情形中，會出現(xiàn)類似于雪崩的放電鏈現(xiàn)象，從而電流增加。因此，在分隔金屬背層7a的過程中，有必要將分隔部分中產(chǎn)生的電壓限制在承受電壓或較低水平上。
由于不能從分析上獲得系統(tǒng)(其中分隔金屬背層7是以二維方式排列)的行為，通常只能使用電路模擬器(SPICE)來對其進行檢查。
結果，發(fā)現(xiàn)下述關系式通常是近似成立的Vg1∝Rg1]]>Vg2∝Rg2]]>間隙g1和g2中的電場Eg1和Eg2由下式給出Eg1＝Vg1/g1Eg2＝Vg2/g2由于間隙的承受電壓通常與間隙成比例的，Eg1和Eg2是否達到鄰接放電的臨界電場就可以表明是否有放電出現(xiàn)?？梢酝ㄟ^將Eg1設為基本等于Eg2、然后在根據(jù)承受電壓而設定該值來最小化放電電流。如果在Eg1和Eg2之間有任何不同的差異，等效于該差異的無效電流就會不可避免地出現(xiàn)。否則，只考慮承受電壓中之一將是不利的。
從制造的角度看來，最好是用一種材料來制造電阻層。下面描述該情形的結果。如果在示例中給定g1＝20μm，W1＝340μm，g2＝260μm，以及W2＝180μm，同時ρg1＝ρg2＝ρg，則有Rg1/Rg2＝0.04，Vg1/Vg2＝0.2，Eg1/Eg2＝2.6從而間隙g1處的電場較大。雖然這些關系式僅僅是基于具體示例中的數(shù)值，但是它們同樣可用作為實際的尺寸。畢竟，Vg1和Vg2不是與Rg1和Rg2成比例，而是與它們的平方根成比例，從而較小間隙g1的電場從來就是比較大。
因此，根據(jù)上述實施例，ρg1比ρg2要小。此外，最好是對Eg1＝Eg2給定0.5≤(Rg1/Rg2)1/2/(g1/g2)≤2考慮到設計中的彈性以及g1和g2部分處承受電壓之間的差異，(Rg1/Rg2)1/2不必完全等于(g1/g2)，從而可以允許在0.5倍到2倍范圍之間。
為了獲得一定程度的放電電流限制效果，如果Rg1被選定為Rg1和Rg2之外的指數(shù)，則Rg1最好是102Ω或者更多。另一方面，如果電阻上升得過高，則屏亮度的減弱難以忽略，從而確定電阻的上限值。通常，當射束電流在10mA的量級時，Rg1＝105Ω是基于壓降計算的基本上限值。只有基于前述范圍內的尺寸、實際材料的限制、目標電流、目標亮度衰減等各因素總體考慮，才能確定出Rg1。
使用前述的前基板來制造出基于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的SED，同時可以評估出放電損害。電阻值Rg1＝102Ω，Rg2＝104Ω，在稍后將要進行描述的第三實施例中，在熒光屏上還形成有分隔吸氣(getter)層，在9kV陽極電壓為標準條件的FED中，陽極電壓可增加至14kV的上限，以導致強迫放電。結果，在100周放電之后，具有1A允許電流的驅動IC不會被損壞。也不會出現(xiàn)損壞或不同程度損害電子發(fā)射元件的情形。在該情形中，放電電流估計為0.05A，這個值比通常情形中的要低得多。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的熒光屏X方向的截面圖，沒有示出容易想像的Y方向截面圖。在該實施例中，光屏蔽層22自身用作為電阻調節(jié)層。為了達到該目的，電阻調節(jié)層是用可調節(jié)電阻的黑色低反射率材料制成，同時又滿足光屏蔽層的要求。因此，可以將流程簡化，增加產(chǎn)量，同時降低成本。但是，電阻調節(jié)的自由度降低。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的熒光屏的X方向截面圖。沒有示出容易想像的Y方向截面圖。在第三實施例中，在金屬背層7上形成有吸氣層40。為了在長時間內確保SED中的真空度，吸氣層40必需形成在熒光層上。該實施例旨在設計這種情形。
通常，當暴露在大氣中，吸氣層將失去其功能。因此，實際的制造方法涉及到通過薄膜處理(諸如氣相淀積)而形成為前基板2的吸氣層40，該前基板2與后基板1封合形成一真空。由于即便是在金屬背層層7形成之后，薄膜分隔層的功能也不能失去，則吸氣層40也如同金屬背層7一樣被分隔成相同的圖樣，藉此形成分隔的吸氣層40a。雖然吸氣層40通常是導電金屬層，因此，即便吸氣層40形成了，也可防止熒光屏電氣導通。
上述描述的電阻調節(jié)層30形成為對應于光屏蔽層22矩陣的一個矩陣?；蛘?，如果像素是通過組合R、G和B而形成的話，則每隔兩行像素就形成有一水平線部分31H，每一像素都形成有垂直線部分31V。這樣做可以大量減少金屬背層和吸氣薄膜的分隔，從而可獲得產(chǎn)品產(chǎn)量上的優(yōu)勢?？梢岳斫猓ǔ?，為達到該目的，可以在一個范圍內選擇不同的分隔間距。
本發(fā)明不限于上述所示的實施例，并且其組件可以實體化為各種形式，而不脫離本發(fā)明的精神。此外，通過合適地結合前述實施例所描述的多個組件，還可做出各種發(fā)明。例如，可以省略前述實施例的某些組件，此外，根據(jù)不同實施例的各組件也可按需組合在一起。
而且，各個體組件的尺寸、材料等不限于前述實施例所描述的示例性數(shù)值和材料，而是可以按需變更。
工業(yè)應用根據(jù)本發(fā)明，提供一種圖像顯示設備，較之常規(guī)的情形，在該設備中前基板和后基板之間所產(chǎn)生的放電電流可顯著降低。因此，可以省略后基板側的附加應對措施，從而可以減少流程，降低成本。此外，驅動IC的成本也可降低。還有，可能會在少數(shù)情形下出現(xiàn)的點缺陷也不會發(fā)生。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種圖像顯示設備，其中陽極電壓增加，前基板和后基板之間的間隙減小，從而可以改善包括亮度、分辨率以及熒光質壽命在內的各種特征。
權利要求
1.一種圖像顯示設備，其特征在于，包括前基板，具有包含有熒光層和光屏蔽層的熒光屏，以及疊加在所述熒光屏上的金屬背層；以及與所述前基板相對的后基板，其上具有向所述熒光屏發(fā)射電子的多個電子發(fā)射元件，所述金屬背層，具有對應于所述熒光屏的區(qū)域，所述區(qū)域在第一方向上由間隙g1分隔、在垂直于所述第一方向的第二方向上由間隙g2分隔，從而具有如下關系式g1＜g2，并且ρg1＜ρg2，其中，ρg1和ρg2分別為間隙g1和g2上的薄層電阻。
2.如權利要求1所述的圖像顯示設備，其特征在于，具有如下關系式0.5≤(Rg1/Rg2)1/2/(g1/g2)≤2其中Rg1和Rg2分別是間隙g1和g2上的電阻。
3.如權利要求2所述的圖像顯示設備，其特征在于，Rg1由102Ω≤Rg1≤105Ω給定。
4.如權利要求1到3的任一項所述的圖像顯示設備，其特征在于在所述金屬背層與疊加其上的吸氣層一起形成，所述吸氣層被分隔成與所述金屬背層的圖案相對應的圖案。
全文摘要
圖像顯示器的前基板(2)具有熒光屏(6)以及迭加在熒光屏(6)上的金屬背層。后基板與前基板相對放置，排列有多個朝著熒光層發(fā)射電子的多個電子發(fā)射元件。所述金屬背層沿著在第一方向和與第一方向相垂直的第二方向上延伸的間隙(g1，g2)被分隔成多個分隔區(qū)域(7a)，g1部分的薄層電阻率ρg1小于g2部分的薄層電阻率ρg2。
文檔編號H01J31/12GK1868023SQ200480030619
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月14日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者村田弘貴, 伊吹裕昭, 西村孝司 申請人:株式會社東芝