专利名称：图像显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像显示设备，尤其涉及其中将电子源和荧光屏包括在真空外壳内的图像显示设备，该荧光屏通过从电子源射出的电子束的辐射形成图像。
背景技术：
通常，在从电子源射出的电子束辐射到荧光体上从而使荧光体发光并显示图像的图像显示设备中，真空外壳容纳该电子源和荧光体。真空外壳内产生的气体增大外壳内部的压强。因此，电子源发出的电子数量变少，且高亮度图像显示可被禁止。因而有必要在真空外壳内部保持高真空水平。
此外，电子束可电离存在于真空外壳中的气体，且所产生的离子可由电场加速。经加速的离子会撞击并损坏电子源。
在常规的彩色阴极射线管(CRT)中，设置在真空外壳中的吸气材料在密封后被激活，并且例如在工作时从内壁排出的气体在吸气材料上吸收。由此保持期望真空水平。已经尝试在平板图像显示设备中应用这种通过吸气材料对真空水平的提高和保持。
在平板图像显示设备中，使用了被配置成大量的电子发射元件置于平面衬底上的电子源。尽管与普通的CRT相比，真空外壳内的体积大为减小，但排出气体的壁面区域并未减小。结果，如果排出与CRT中等量的气体，则真空外壳中的压强将大大增加。因此，平板图像显示设备中吸气材料的作用非常重要。
近年来，在图像显示领域中已经进行了构造吸气材料的研究。例如，日本专利申请公开No.9-82245，公开了一种平板图像显示设备的结构，其中诸如钛(Ti)或锆(Zr)的导电吸气材料薄膜覆盖在金属层，即在荧光层上形成的金属底层上，或者该金属底层本身由导电吸气材料构成。
金属底层的目的是由电子源产生的电子向面板(前衬底)一侧反射从荧光体发射出的光的分量，该光的分量向电子源一侧前进，从而增加亮度；对荧光层添加导电性并由此用作阳电极；以及避免残留在真空外壳中的气体电离产生的离子损坏荧光层。
在常规的场致发射显示器(FED)中，在具有荧光屏的面板(前衬底)与具有电子发射元件的后板(后衬底)之间设置约一到几毫米的极窄间隙。约10kV的高电压施加于该窄间隙上，并产生强电场。因此产生这样一个问题如果图像长时间地形成，则容易发生放电(真空电弧放电)。如果这种异常放电发生，则有几安培到几百安培的放电电流瞬时流过。结果，可破坏或损坏阴极部分的电子发射元件、阳极部分的荧光屏、驱动电路等(在下文中称为“放电引起的损坏”)。
近来，为了减轻放电引起的损坏，提出在用作阳电极的金属底层上设置了间隙。为了更多地抑制因放电引起的损坏，需要通过例如形成具有预定图案的吸气膜来在作为涂覆于金属底层上的导电薄膜的吸气膜中提供间隙。
作为一种形成具有预定图案的吸气层的方法，一种已知的常规方法是在金属底层上放置具有适当开口图案的掩模，并通过真空蒸镀或溅镀来执行薄膜形成。然而，在该方法中，对图案形成的精度和图案的细度有限制。一个问题就是抑制因放电引起的损坏的作用不充分。
另一方面，有这样的一种方法具有电分隔吸气层特征的分隔层预先置于荧光屏之上，并且吸气层形成并且同时分隔。分隔层将吸气层分隔成许多独立的部分，从而构成金属底层的多个分割电极能不被作为导电膜的吸气层电连接起来。考虑到吸气层的分隔功能，可认为分隔层最好应该是电绝缘的。
然而，如近来变得清晰的，在要显示图像时，分隔层的绝缘特性不利地影响耐压特性。来自电子发射元件的电子向荧光屏方向发射。发自电子发射元件的电子在荧光层上入射，并不直接进入分隔层。然而，来自荧光层的分散电子却进入分隔层。如果分隔层是电绝缘的，则分散电子对分隔层充电，并且会发生导致衬底间放电的局部轻微放电。可能在图像显示时会频繁发生局部放电，且耐压特性的劣化可导致图像质量的降低。
发明内容
本发明基于上述问题的考虑作出，且本发明的目的是提供一种图像显示设备，它能够抑制因放电引起的损坏、并改善耐压特性和显示性能。
根据发明的一个方面，提供了一种图像显示设备，包括具有荧光屏的前衬底，其中荧光屏包括荧光层和阻光层，覆盖在荧光屏上并由多个条状分割电极组成的金属底层，覆盖在金属底层上的导电薄膜，以及电分隔导电薄膜的在阻光层上的分隔层；以及后衬底，与前衬底相对放置、并设置有向荧光屏发射电子的电子发射元件，其中分隔层具有导电性。该图像显示设备包括用于电分隔导电薄膜的分隔层。通过对分隔层添加导电性，即使分散电子进入分隔层也可能防止对分隔层充电。因而，可抑制由于对分隔层充电而发生的放电，并可改进耐压特性。因此，本发明可提供一种图像显示设备，它可抑制因放电引起的损坏，并改进耐压特性和显示性能。
图1是示意性地示出通过根据本发明一实施例的制造方法和制造装置制造的一个FED示例的立体图；图2是沿图1中A-A线取得的横截面视图，并示意性地示出FED的横截面结构；图3是示意性地示出根据本发明实施例的图像显示设备的前衬底的结构的俯视图；图4是示意性地示出图3所示前衬底的结构的横截面视图；图5是示意性地示出图4所示前衬底的分隔层的附近部分的横截面视图；图6是示意性地示出图3所示前衬底的另一种结构的横截面视图；图7是示意性地示出图3所示前衬底的又一种结构的横截面视图。
具体实施例方式
现在参照附图描述根据本发明一实施例的图像显示设备。将具有表面传导电子发射元件的FED作为图像显示设备的一个示例进行描述。
如图1和图2所示，FED包括前衬底11和后衬底12，它们相对放置且间距为1到2毫米。前衬底11和后衬底12各自由矩形玻璃板构成，该矩形玻璃板是厚度约为1到3毫米的绝缘衬底。前衬底11和后衬底12的周边部分经由矩形框状侧壁13连接，从而形成内部保持10-4Pa或以下的高水平真空的扁平矩形的真空外壳10。
真空外壳10内设置许多隔板14，它们支承作用在前衬底11和后衬底12上的大气压负载。隔板14可以是片状或柱状的。
前衬底11在其内部有一个图像显示表面。具体地，该图像显示表面由荧光屏15、置于荧光屏15上的金属底层20、以及吸气层22构成，其中吸气层22是置于金属底层20上的导电薄膜。
荧光屏15由发出红、绿和蓝光的荧光层16、以及放置成矩阵状的黑色遮光层17组成。金属底层20由诸如铝制成，并用作阳极。吸气层22由具有吸气属性的金属膜形成，例如，选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和Ba的金属层，或基本上由选自这些金属的至少一种金属组成的合金层。吸气层22吸收残留在真空外壳10内的气体以及从衬底排出的气体。
后衬底12在其内表面上具有表面传导电子发射元件18。电子发射元件18发射电子束，用于激励荧光屏15的荧光层16并用作电子发射源。具体地，这些电子发射元件18与像素相关联地按行和列排列在后衬底12上，并向荧光层16发射电子束。各个电子发射元件18都包括一个电子发射部件、以及用于向电子发射部件施加电压的一对元电极(未示出)。在后衬底12的内表面上按矩阵设置大量用于向电子发射元件18提供电势的电线21，且电线21的端部延伸出真空外壳10。
在FED中，在显示图像的操作时，向包括荧光屏15和金属底层20的图像显示表面施加一阳极电压。从电子发射元件18发出的电子束，通过阳极电压加速并引发撞击荧光屏15。由此，荧光屏15的荧光层16被激励并引发相关颜色光的发射。因而，在图像显示表面上显示一彩色图像。
接下来，对具有上述结构的FED中的金属底层20的详细结构进行描述。在上下文中，术语“金属底层”不仅只指金属层，也指各种材料的层。为方便起见，使用术语“金属底层”。
如图3和图4所示，荧光屏15在实质上显示图像的有效部分40中包括大量发红、蓝和绿光的条状荧光层16。这些荧光层16被排列成与预定间隙平行。在有效部分40中，荧光屏15包括大量条状黑色遮光层17。这些黑色遮光层17置于荧光层16之间。
叠加在荧光屏15上的金属底层20由多个分割电极30构成。这些分割电极30大部分排列在荧光层16上，并关联于荧光层16条状地形成。使用这种排列，金属底层20总是呈现在荧光层16之上，并且不影响荧光体的亮度特性和退化。
有各种分隔金属底层20的方法。例如，当要通过诸如真空蒸镀的薄膜形成方法在荧光屏15上形成金属底层20时，预先在黑色遮光层17上放置具有电分隔薄膜特性的分隔构件。由此，金属底层20同时形成并分隔。在分隔金属底层20的另一种方法中，形成未分隔形式的金属底层20，然后通过使用诸如激光的热处理、或施加物理压力来分隔金属底层20。在分隔金属底层20的又一种方法中，在荧光屏15上形成例如铝的金属膜，然后进行化学处理，从而烘烤黑色遮光层17上的金属膜并形成绝缘金属化合物(例如金属氧化物)。
如图3所示，经分隔的金属底层20与条状分割电极30一样放置，平行于荧光层16延伸的方向延伸。通过化学处理分隔的金属底层20被配置成包括分割电极30之间的绝缘金属化合物层31。具体地，金属化合物层置于黑色遮光层17上。
使用该结构，图像形成表面的电容可通过经分隔的金属底层20来分隔，并可减小放电时在前衬底11和后衬底12之间流动的电流。由此，可减小因放电对包括荧光屏15、电子发射元件18和驱动电路的图像形成表面造成的损坏。
因为分割电极30是岛状独立的，所以在这种状态下，不能从外部向分割电极30提供阳极电压。因而，提供一公共电极41，用于向所有的分割电极30提供阳极电压。高电压供应部分42在公共电极41的一部分上构成，并可通过适当手段施加电压。例如，从设置在后衬底12上的高电压端伸出的金属引脚可接触高电压供应部分42。高电压供应部分42不可单独提供，并且公共电极41的一部分可形成高电压供应部分。
公共电极41置于有效部分40的外部，并在垂直于各分割电极30延伸方向的方向上延伸。具体地，在条状分割电极30的一个端部30A的一侧上，公共电极41与各分割电极30有预定距离地形成为条状。
公共电极41由具有高电导性的材料构成。较佳地，公共电极41应该通过诸如Ag(银)膏的丝网印刷形成。公共电极41的电阻最好应该设置为约0.1E-4Ωcm。
如果公共电极41直接连接到分割电极30，则相邻的分割电极30通过公共电极41电连接。结果，丧失抑制放电电平的作用。因而，分割电极30通过连接电阻43电连接到公共电极41。
通过完全考虑放电电流的容限和亮度的降低，以及连接电阻43的材料特性，确定连接电阻43的电阻值R2。
使用该结构，可保持分割电极30分隔电容的状态。因此，可抑制由前衬底11和后衬底12之间的放电引起的损坏。
同时，如图4所示，因为覆盖在金属底层20上的吸气层22是导电薄膜，所以吸气层22电连接多个分割电极30。因而，根据本图像显示设备，提供用来电分隔吸气层22的分隔层50。具体地，分隔层50在黑色遮光层17(或金属化合物层31)上将吸气层22分隔成独立岛状，从而金属底层20的多个分割电极30可不由吸气层22电连接。
分隔层50具有适当的导电性，从而不会因电子入射引发充电。具体地，当要显示图像时，从电子发射元件18发射的电子并不直接入射到分隔层50上，而是来自荧光层16的分散电子进入分隔层50。如果分隔层50是由没有实质电导性的绝缘材料构成，则分散电子对分隔层50充电，并会发生导致衬底间异常放电的局部轻微放电。
在本图像显示设备中，向分隔层50添加了导电性。因而，即使分散电子入射，也能防止对分隔层50充电。添加到分隔层的适当导电性根据例如分散电子的数量、以及因充电引起的微量局部放电的电压阈值来确定。
较佳地，分隔层50应该由薄层电阻为1E12Ω/□或以下的材料构成。如果分隔层50具有大于1E12Ω/□的薄层电阻，则很难抑制对分隔层50的充电，并且不能获得足够的防放电效果。简言之，难以充分地改进耐压特性。
另一方面，分隔层50最好应该由薄层电阻为1E5Ω/□或以上的材料构成。如果分隔层具有小于1E5Ω/□的薄层电阻，则相邻的分割电极30通过分隔层50电连接，并且不可能达到图像显示表面的电容分隔的充分效果，这通过分隔金属底层20就可获知。简言之，不能完全获得降低因放电引起的损坏的影响。
提供了具有适当导电性的分隔层50，可抑制因分隔层50充电引起的放电的发生，并可改进耐压特性。因而，可能防止由放电引起的对电子发射元件和荧光屏的损坏和退化。此外，可实现具有高亮度和高图像质量的显示。
例如，分隔层50可通过在金属底层20上丝网印刷具有预定图案的分隔层材料来形成。形成分隔层图案的区域设置在例如黑色遮光层17上的区域。在用除荧光层16上的区域之外的区域上的图案形成分隔层50的情形中，由分隔层50吸收电子束引起的亮度的降低有利地是较小的。
分隔层材料的微粒的平均颗粒大小较好地应设置成5nm到30μm，更好地为10nm到10μm。如果微粒的平均颗粒大小小于5nm，则基本上可消除分隔层表面的不平坦(即高平面度)，并可在分隔层上没有中断地提供通过真空工艺形成的吸气材料(吸气层)。因而不可能形成许多独立的岛状吸气层。如果微粒的平均颗粒大小超过30μm，则分隔层50本身不能形成。
具有分隔层50的前衬底11和后衬底12通过例如熔融玻璃等手段真空密封，并形成真空外壳10。然后，在真空外壳10内通过真空工艺在分隔层50的图案上形成吸气材料。因而可形成在分隔层50上被分隔的吸气层22。具体地，吸气材料在金属底层20的区域上形成为连续膜，其中并不形成分隔层50的图案，即不在分割电极30上的区域上形成，并形成吸气层22。另一方面，如图5所示，吸气材料G并不在分隔层50上形成为连续膜，并且吸气材料G与分割电极30上的吸气层22中断电连接。因此，可形成分隔为岛状的吸气层22。
如上所述，根据本实施例的图像显示设备，分隔层具有适当的导电性，可避免对各分隔层本身充电，并可改善耐压特性。因此，可防止因放电引起的对电子发射元件和荧光屏的损坏和退化。此外，可实现高亮度和高质量图像的显示。
在另一实施例中，导电层(下文中称为“分隔部分导电层”)可置于分隔层50的上表面，或置于分隔层50与绝缘的金属化合物层31之间，其中分隔层50分隔作为导电薄膜的吸气层22。换言之，分隔部分导电层可置于分隔层50之上。
如图6所示，在分隔部分导电层60置于分隔层50上表面上的情形中(即分隔部分导电层60置于分隔层50与吸气层之间)，需要形成分隔部分导电层60，从而分隔层50才不会丧失用于将吸气层22分隔成许多独立岛状部分的功能。例如，分隔部分导电层60最好应该由薄层构成，这不会影响分隔层50的不平度。
如图7所示，在分隔部分导电层60置于分隔层50与金属化合物层31之间的情形中，需要减小电子入射区与分隔部分导电层60之间的距离，从而不会由于电子在分隔层50上的入射而引起充电。该距离根据电子入射数量和电子入射角来确定。
分隔部分导电层60由具有适当导电性的导电材料构成。具体地，分隔部分导电层60的薄层电阻值在由分隔层50未被充电的值、以及因相邻分割电极之间的电传导而未丧失放电抑制作用的值限定的范围内确定。换言之，如结合前述实施例所述，分隔部分导电层最好应该具有1E5Ω/□到1E12Ω/□范围内的薄层电阻。
如上所述，因为提供与分隔层50接触的具有适当导电性的分隔部分导电层60，所以即使分隔层50没有导电性，也可通过分隔部分导电层60来抑制分隔层50的充电。此外，因为分隔层50可构成为电绝缘体，所以可能获得具有较好吸气层分隔特性的结构(即，吸气层22可精确地进行电分隔)。
本发明并不限于上述实施例。在实践本发明的过程中，可通过更改结构元件得到各种实施例，而不背离本发明的精神。各实施例中公开的结构元件可适当组合，并可得到各种发明。例如，可从各实施例中略去一些结构元件。此外，不同实施例中的结构元件可适当组合。
工业实用性本发明可提供一种图像显示设备，它可抑制因放电引起的损坏，并可改进耐压特性和显示性能。
权利要求
1.一种图像显示设备，其特征在于，包括具有荧光屏的前衬底，其中所述荧光屏包括荧光层和遮光层，覆盖于所述荧光屏上并由多个条状分割电极构成的金属底层，覆盖于所述金属底层上的导电薄膜，在所述遮光层上电分隔导电薄膜的分隔层；以及后衬底，与所述前衬底相对放置、并设置有向所述荧光屏发射电子的电子发射元件，其中所述分隔层具有导电性。
2.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述分隔层具有1E12Ω/口或以下的薄层电阻。
3.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述分隔层具有1E5Ω/口或以上的薄层电阻。
4.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述导电薄膜是选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和Ba的金属层，或主要由选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和Ba的至少一种金属所构成的合金层。
5.一种图像显示设备，其特征在于，包括具有荧光屏的前衬底，其中所述荧光屏包括荧光层和遮光层，覆盖于荧光屏上并由多个条状分割电极构成的金属底层，覆盖于所述金属底层上的导电薄膜，在所述遮光层上电分隔导电薄膜的分隔层，和覆盖于所述分隔层上的分隔部分导电层；以及后衬底，与所述前衬底相对放置、并设置有向荧光屏发射电子的电子发射元件，其中所述分隔部分导电层具有导电性。
6.如权利要求5所述的图像显示设备，其特征在于，所述分隔部分导电层具有1E12Ω/□或以下的薄层电阻。
7.如权利要求5所述的图像显示设备，其特征在于，所述分隔部分导电层具有1E5Ω/□或以上的薄层电阻。
全文摘要
提供了具有荧光屏(15)的前衬底(11)，其中荧光屏(15)包括荧光层(16)和黑色遮光层(17)，置于荧光屏(15)上并由多个条状分割电极(30)构成的金属底层(20)，置于金属底层(20)上的吸气层(22)，以及黑色遮光层之上的电分隔吸气层(22)的分隔层(50)。该分隔层(50)具有电导性。
文档编号H01J29/02GK1934672SQ20058000865
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月19日
发明者原口雄次 申请人:株式会社东芝