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，尤其涉及用于使用电子发射元件的图像显示设备的放电损坏抑制技术。
背景技术：
近年来，已经开发了平板图像显示设备作为下一代图像显示设备，其中大量的电子发射元件排列并放置成与图像显示表面相对。有各种类型的电子发射元件。基本上，任何类型的电子发射元件都使用由电场发射的电子。使用电子发射元件的图像显示设备一般称为“场致发射显示器(FED)”。在FED中，使用表面传导类电子发射元件的图像显示设备称为“表面传导电子发射显示器(SED)”。在本说明书中，术语“FED”被用作包括SED的通用术语。
FED一般包括有预定间隙地相对放置的前衬底和后衬底。这些衬底的周边部分经由矩形框状侧壁相互连接。由此构成真空外壳。真空外壳内部保持约10-4Pa或更低的高真空水平。另外，在后衬底与前衬底之间设置有多个支承构件以支承作用在这些衬底上的大气压负载。
在前衬底的内表面上形成包括发出红、蓝和绿光的荧光层的荧光屏。为了获得实际显示特性，在荧光屏上形成称为“金属底层”的铝薄膜。
在后衬底的内表面上设置有大量发射电子以激励荧光层发光的电子发射元件。另外，大量的扫描线和信号线按矩阵形成并连接到相应的电子发射元件。
在该FED中，在包括荧光屏和金属底层的图像显示表面上施加一阳极电压。从电子发射元件射出的电子束通过阳极电压加速并引发撞击在荧光层上。由此，荧光层发光。因而，在图像显示表面上显示图像。在这种情况下，该阳极电压至少应该设置在几千伏，更好地则设置为10kV或更高。
然而，从分辨率特性及隔板的角度来看，前衬底与后衬底之间的间隙不能过分增大。该间隙需要设置在约1到2mm。因而，在FED中，前衬底与后衬底之间的小间隙中产生强电场是不可避免的，并且两个衬底之间的放电成为一个问题。
如果没有采取措施抑制放电损坏，则发生放电并导致对电子发射元件、和与之连接的薄膜电极、以及荧光表面、驱动器IC、驱动电路等等的损坏或退化。这种损坏或退化一般称为放电损坏。在这种损坏发生的状况下，为了实际使用FED，必须确保长期内不发生放电。然而，要实现这一点是极为困难的。
因而，采取措施将放电电流抑制到不会发生放电损坏、或者即使在极罕见情况下发生了放电也可忽略的低水平是重要的。为此公开了一种技术，其中在设置于荧光表面上的金属底层上形成槽口，并形成例如Z字形的图案，由此增大荧光表面的有效阻抗(参见例如日本专利申请公开No.2000-311642)。另外，公开了一种技术，其中分隔了金属底层，且金属底层的分隔部分经由电阻元件连接到公共电极，由此施加一高电压(参见例如日本专利申请公开No.10-326583)。此外，已经公开一种技术，其中在金属底层的分隔部分上设置有导电材料涂层，由此来抑制在分隔部分上的表面蠕缓放电(参见例如日本专利申请公开No.2000-251797)。此外，公开了一种技术，其中分隔金属底层或在其上形成图案，并将电阻材料用于该金属底层(参见例如日本专利申请公开No.2003-242911)。
然而，通过这些现有技术，难以充分地抑制对图像显示表面和电子发射元件的放电损坏。使用专利文件3的技术，其中设置有导电材料涂层来抑制分隔部分之间的表面蠕缓放电，由于对材料的限制不能期望获得有效的性能。从费用、大规模生产以及对金属底层的损坏的角度来看，并不希望形成附加层。在这种情况下，需要一种在不执行分隔部分的阻抗控制的情况下抑制在分隔部分产生的电压的技术。
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具有高抑制放电损坏性能、以及可改进显示性能与可靠性的图像显示设备。
根据发明的一个方面，提供了一种图像显示设备，它包括具有荧光屏的前衬底，其中该荧光屏包括荧光层和遮光层，以及覆盖在该荧光屏上并由多个岛状分割电极构成的金属底层；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的后衬底，其中分割电极由至少两个在行方向上延伸的行段，以及在列方向上延伸并连接行段端部的列段组成。
图1是示意性地示出根据本发明一实施例的图像显示设备的示例的立体图；图2是沿图1中A-A线取得、并示意性地示出该图像显示设备的横截面结构的横截面视图；图3是示意性地示出根据本发明第一实施例的图像显示设备的前衬底的结构的平面图；图4是示意性地示出图3所示的前衬底的结构的横截面视图；图5是示意性地示出根据本发明第二实施例的图像显示设备的前衬底的结构的平面图；以及图6是示意性地示出根据本发明第三实施例的图像显示设备的前衬底的结构的平面图。
具体实施例方式
现在参考附图对根据本发明一实施例的图像显示设备进行描述。具有表面传导电子发射元件的FED将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包括相对放置、具有1至2mm间隙的前衬底11和后衬底12。各个前衬底11和后衬底12由厚度为1至3mm的矩形玻璃平板构成。该前衬底11和后衬底12的周边部分经由矩形框状侧壁13连接，由此形成扁平矩形、保持10-4Pa或更低的高水平真空的真空外壳10。
在真空外壳10中设置有支承作用在该前衬底11与后衬底12上的大气压负载的多个隔板14。隔板14可以是片状或柱状的。
该前衬底11在其内部具有图像显示表面。具体地，该图像显示表面由荧光屏15、放置在荧光屏15上的金属底层20、以及放置在金属底层20上的吸气层22组成。
该荧光屏15由发出红、绿和蓝光的荧光层16、以及放置成矩阵状的遮光层17构成。金属底层20由例如铝构成，并用作阳极。吸气层22由具有气体吸收特性的金属膜构成，并吸收残留在真空外壳10内的气体和从衬底排出的气体。
该后衬底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用作发射电子束以激励荧光屏15的荧光层16的电子发射源。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，该荧光屏15包括发出红、蓝和绿光的大量荧光层16。这些荧光层16在行方向(长度方向)X上延伸并在列方向(截面方向)Y上平行于预定的间隙排列。另外，该荧光屏15包括大量黑色遮光层17。该黑色遮光层17和荧光层16一样，在行方向X上延伸并置于荧光层16之间。
叠加在荧光屏15上的金属底层20由多个岛状的分割电极30构成。这些分割电极30主要排列在荧光层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。
在用于分隔金属底层20的方法的一个示例中，当要在荧光屏15上形成金属底层时，预先在黑色遮光层17上放置具有电分隔薄膜特性的构件。由此，金属底层20同时形成并分隔。例如，该方法在通过真空蒸发工艺形成金属底层20的情况下是有效的。在另一种用于分隔金属底层20的方法中，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。
在本发明的第一实施例中，各个分割电极30由至少两个在行方向X上延伸的行段，以及在列方向Y上延伸并连接行段端部的列段组成。
现在注意图3所示的第一个分割电极31-1。该第一个分割电极31-1具有S形图案，其中第一个行段31X1的一侧端部32与第二个行段31X2通过第一个列段31Y1相连，且该第二个行段31X2的另一侧端部33与第三个行段31X3通过第二个列段31Y2相连。
图3所示的金属底层20基本上由S形图案的分割电极31-1、31-2……构成。在这种情况下，分割电极31排列成每两个相邻的行段构成不同的分割电极31。例如，第一个分割电极31-1的第三个行段31X3与第二个分割电极31-2的第一个行段31X1和第二个行段31X2相邻。换言之，第一个分割电极31-1的一个行段(例如第三个行段31X3)置于第二个分割电极31-2的两个行段(例如第一个行段31X1和第二个行段31X2)之间。
如果注意图3所示的分割电极41，则该分割电极41具有U形图案，其中第一个行段41X1的一侧端部42与第二个行段41X2通过第一个列段41Y1相连。具体地，图3所示的金属底层20通过组合S形图案的分割电极31与U形图案的分割电极41配置成每两个相邻的行段构成不同的分割电极。
在图像显示区域的外部设置有连接到高压电源部分的公共电极(未示出)。各个分割电极30都经由连接电阻(未示出)连接到公共电极。
在上述结构中，每两个相邻的行段构成不同的分割电极31。因而，即使发生放电，相应行段上的放电电压也会有这样的分布波峰和波谷相关于作为放电点的行段交替出现。
例如，当在第一个分割电极31-1的第三个行段31X3的放电点发生放电时，第一个分割电极31-1上的电压约为0V。具体地，第一个分割电极31-1的所有行段31X1、31X2、以及31X3上电势都约为0V。
另一方面，第二个分割电极31-2设置了比第一个分割电极31-1高几千伏的电势。因而，电势约为0V的第一个分割电极31-1的第三个行段31X3被电势为几千伏的第二个分割电极31-2的第一个行段31X1、以及第二个行段31X2包围。由此，电势的波峰和波谷交替出现，并降低了在分割电极之间产生的电压Vc。
因为可抑制作为放电电流增加的一个因素的分割电极间的放电，所以与现有技术结构相比，可减小放电电流并提高放电损坏的抑制作用。
由此，可获得改进可靠性的图像显示设备。同时，可增大阳极电压，并可减小前衬底与后衬底之间的间隙。因此，可获得具有经改进的诸如亮度和分辨率的显示特性的图像显示设备。
接着描述第二实施例。与上述第一实施例共有的结构部件由相同标号标识，并略去详细描述。
在第二实施例中，与第一实施例相似地，叠加在荧光屏15上的金属底层20由多个岛状的分割电极30构成。各个分割电极30包括至少两个在行方向X上延伸的行段，以及在列方向Y上延伸并连接行段端部的列段。
具体地，如果注意图5所示的第一个分割电极31-1，则该第一个分割电极31-1具有梳形图案，其中第一个行段31X1的一侧端部32、第二个行段31X2、以及第三个行段31X3通过第一个列段31Y1连接。第二个分割电极31-2具有梳形图案，其中第一个行段31X1的另一侧端部33、第二个行段31X2、以及第三个行段31X3通过第二个列段31Y2连接。具体地，第一个分割电极31-1和第二个分割电极31-2具有关于在列方向Y上延伸的中心轴线对称的图案。
图5所示的金属底层20基本上由梳形图案的分割电极31-1、31-2、……构成。在这种情况下，分割电极31排列成每两个相邻的行段构成不同的分割电极31。例如，第一个分割电极31-1的第三个行段31X3与第二个分割电极31-2的第一个行段31X1和第二个行段31X2相邻。换言之，第一个分割电极31-1的一个行段(例如第三个行段31X3)置于第二个分割电极31-2的两个行段(例如第一个行段31X1和第二个行段31X2)之间。
如果注意图5所示的分割电极41，则该分割电极41具有U形图案，其中第一个行段41X1的另一侧端部43与第二个行段41X2通过第二个列段41Y1相连。具体地，图5所示的金属底层20通过组合梳形图案的分割电极31与U形图案的分割电极41配置成每两个相邻的行段构成不同的分割电极。
使用具有上述结构的第二实施例，可获得和第一实施例一样的有利效果。关于第二实施例中的梳形图案的分割电极31，电势波峰和波谷之间的关系与第一实施例中S形图案的分割电极的相似。不同于S形图案的分割电极的是，可增加梳形图案的分割电极的行段数。然而，随着行段数量的增加，行段与后衬底12之间的电容也增加，且放电的大小也可能增加。因而必须将行段数设置为合理值。可获得具有最大抑制作用的行段数目是3。第一实施例中S形图案的分割电极和第二实施例中梳形图案的分割电极之间的选择，是根据其它设计项目(例如，连接到公共电极的方法)的考虑来确定。如果考虑与公共电极的连接，则由于S形图案的分割电极便于连接到公共电极，所以S形图案的分割电极是较好的。
接下来描述第三实施例。与上述第一实施例共有的结构部件通过相同标号标识，并略去详细描述。
在第三实施例中，与第一实施例相似，叠加在荧光屏15上的金属底层20由多个岛状的分割电极30组成。各个分割电极30包括至少两个在行方向X上延伸的行段，以及在列方向Y上延伸并连接行段端部的列段。
具体地，注意图6所示的第一个分割电极31-1，该第一个分割电极31-1具有U形图案，其中第一个行段31X1的一侧端部32与第二个行段31X2通过第一个列段31Y1连接。另外，第二个分割电极31-2具有U形图案，其中第一个行段31X1的另一侧端部33与第二个行段31X2通过第二个列段31Y2连接。具体地，第一个分割电极31-1和第二个分割电极31-2具有关于在列方向Y上延伸的中心轴线对称的图案。第三个分割电极31-3具有与第一个分割电极31-1一样的图案，而第四个分割电极31-4具有与第二个分割电极31-2一样的图案。
图6所示的金属底层20基本上由U形的分割电极31-1、31-2、……构成。在这种情况下，分割电极31排列成每两个相邻的行段组成不同的分割电极31。例如，第一个分割电极31-1的第二个行段31X2与第二个分割电极31-2的第一个行段31X1、以及第三个分割电极31-3的第一个行段31X1相邻。换言之，第一个分割电极31-1的一个行段(例如，第二个行段31X2)和第三个分割电极31-3的一个行段(例如，第一个行段31X1)置于第二个分割电极31-2的两个行段(例如，第一个行段31X1和第二个行段31X2)之间。
使用具有上述结构的第三实施例，可得到与第一实施例相同的有利效果。
第一实施例的S形图案的分割电极的长度或第二实施例的梳形图案的分割电极的长度比简单单个行段长三倍，并且因此静电电容也大三倍。另一方面，如果使用结合第三实施例所述的U形图案的分割电极，该静电电容可被抑制成单个行段静电电容的约两倍，同时可获得与使用S形图案的分割电极相同的电势减小的效果。
由此，可抑制放电电流，并提高可靠性。
如上所述，根据该实施例的图像显示设备，当前衬底和后衬底之间发生放电时，可减小在分割电极之间产生的放电电压(即可减小相邻行段之间的电势差，且行段上的电势梯度可变平缓)。由此，就可能抑制分割电极之间的放电、减小放电电流、减轻因放电引起的损坏、以及提高可靠性。
因为可增大阳极电压并可减小前衬底和后衬底之间的间隙，所以改进诸如亮度和分辨率的显示性能成为可能。另外，因为可增大阳极电压，所以可减缓荧光层的退化并可延长产品的寿命。此外，因为不必形成附加的电阻层，该发明在成本和大规模生产是有利的。
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。
工业实用性在具有上述结构的图像显示设备中，金属底层由多个具有特定图案的分割电极构成。因而，可抑制分割电极之间的电压，并且与现有技术结构相比，可减小放电电流。
因此，可提供具有高放电损坏抑制作用和高可靠性的图像显示设备。因为可增大阳极电压并可减小前衬底和后衬底之间的间隙，所以可获得具有改进的诸如亮度和分辨率的显示性能的图像显示设备。如果增大阳极电压，则可减小电子束的电流量。因而，可减缓荧光体的退化并可延长产品的寿命。
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，以及覆盖于荧光屏上并由多个岛状的分割电极构成的金属底层；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，其中所述分割电极由至少两个在行方向上延伸的行段，以及在列方向上延伸并连接行段端部的列段组成。
2.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，每两个相邻的行段构成不同的分割电极。
3.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述分割电极具有U形图案，其中第一个行段的一侧端部与第二个行段通过第一个列段相连。
4.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述分割电极具有S形图案，其中第一个行段的一侧端部与第二个行段通过第一个列段相连，且第二个行段的另一侧端部与第三个行段通过第二个列段相连。
5.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述分割电极具有梳形图案，其中第一个行段的一侧端部、第二个行段以及第三个行段通过第一个列段相连。
6.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，第一个分割电极的一个行段置于第二个分割电极的两个行段之间。
7.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，第一个分割电极的一个行段和第二个分割电极的一个行段置于第三个分割电极的两个行段之间。
8.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述分割电极的行段置于荧光屏的荧光层上。
9.如权利要求1所述的图像显示设备，其特征在于，所述金属底层通过组合至少两类具有U形图案的分割电极、具有S形图案的分割电极以及具有梳形图案的分割电极来配置，其中在U形图案的分割电极中第一个行段的一侧端部与第二个行段通过第一个列段相连，在具有S形图案的分割电极中第一个行段的一侧端部与第二个行段通过第一个列段相连、且第二个行段的另一侧端部与第三个行段通过第二个列段相连，在具有梳形图案的分割电极中，第一个行段的一侧端部、第二个行段以及第三个行段通过第一个列段相连。
全文摘要
包括在图像显示设备内的前衬底(11)具有覆盖于荧光屏上并由多个岛状的分割电极(30)构成的金属底层(20)。该分割电极(31)由至少两个在行方向X上延伸的行段(31X1、31X2、31X3)、以及在列方向Y上延伸并连接行段的端部的列段(31Y1、31Y2)组成。
文档编号H01J29/08GK1934673SQ20058000893
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年4月2日
发明者常味政贵, 村田弘贵, 伊吹裕昭, 原口雄次 申请人:株式会社东芝