電子線ディスプレイ
【課題】蛍光体からの光取り出し効率、及び明所コントラストを向上させた電子線ディスプレイを提供する。
【解決手段】本発明の電子線ディスプレイは、電子放出素子１０と、メタルバック４と、メタルバック４を介して電子放出素子１０と対向し、電子放出素子１０より放出される電子ビームの照射によって発光する蛍光体ドット２０とを有する。さらに、本発明の電子線ディスプレイは、蛍光体ドット２０の形成された領域内に開口８を有し、蛍光体ドット２０を介して電子放出素子１０に対向して配置された黒色部材３とを有するフェイスプレート１と、を備える。電子放出素子１０から放出される電子ビームの電子ビーム照射領域６が、蛍光体ドット２０より小さく、電子ビーム照射領域６内に黒色部材３の一部が位置し、開口８の少なくとも一部は、電子ビーム照射領域６の外側に位置している。
【解決手段】本発明の電子線ディスプレイは、電子放出素子１０と、メタルバック４と、メタルバック４を介して電子放出素子１０と対向し、電子放出素子１０より放出される電子ビームの照射によって発光する蛍光体ドット２０とを有する。さらに、本発明の電子線ディスプレイは、蛍光体ドット２０の形成された領域内に開口８を有し、蛍光体ドット２０を介して電子放出素子１０に対向して配置された黒色部材３とを有するフェイスプレート１と、を備える。電子放出素子１０から放出される電子ビームの電子ビーム照射領域６が、蛍光体ドット２０より小さく、電子ビーム照射領域６内に黒色部材３の一部が位置し、開口８の少なくとも一部は、電子ビーム照射領域６の外側に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外光反射を減じた電子線ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＲＴをはじめとする画像表示装置は、より一層の大判化が求められ研究が盛んに行なわれている。また大判化に伴い装置の薄型化・軽量化・低コスト化が重要な課題となっている。しかしながら、ＣＲＴは高電圧で加速した電子を偏向電極で偏向し、フェイスプレート上の蛍光体を励起するため、大判化をおこなうと原理的に奥行きが必要となり、薄型・軽量のものを提供する事が困難である。発明者らは前記の問題を解決し得る画像表示装置として、表面伝導型電子放出素子、ならびにこの表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置について研究を行ってきた。
【０００３】
近年、このような画像表示装置における輝度及びコントラスト等の画像特性を向上させる手段が種々開示されている。
【０００４】
特許文献１には、ブラックマトリクスの占有面積を６０％から９５％とし、ブラックマトリクス上には金属膜が設けられ、かつブラックマトリクスには開口と複数の小孔を設け、光の取り出し効率を向上させることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ブラックマトリクス膜と、このブラックマトリクス膜上に設けられた光反射膜と、蛍光体膜と、背面光反射膜（メタルバック）とからなる蛍光体スクリーン面が開示されている。特許文献２に係る発明は光の取り出し効率をメタルバックの構造にて向上させている。
【特許文献１】特開２００６−００４８０４号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び特許文献２に記載されている画像表示装置はいずれも蛍光体からの光取り出し効率の向上を図るものであるが、近年、さらなる表示特性の向上が求められている。
【０００７】
明所コントラストを向上させるためには、ブラックマトリクスの占有率を大きくする、すなわち開口率を小さくすることが必要となる。しかしながら、単に開口率を小さくすると、蛍光体の発光が遮られ、光の取り出し効率が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、蛍光体からの光取り出し効率、及び明所コントラストを向上させた電子線ディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電子線ディスプレイは、電子源と、メタルバックと、該メタルバックを介して電子源と対向し、該電子源より放出される電子ビームの照射によって発光する蛍光体ドットとを有する。本発明の電子線ディスプレイは、さらに蛍光体ドットの形成された領域内に開口を有し、蛍光体ドットを介して電子源に対向して配置された黒色部材とを有するフェイスプレートと、を備える。このような電子線ディスプレイにおいて、電子源から放出される電子ビームの照射領域が、蛍光体ドットより小さく、照射領域内に黒色部材の一部が位置し、開口の少なくとも一部は、照射領域の外側に位置している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蛍光体からの光取り出し効率、及び明所コントラストを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
本発明の電子線ディスプレイは、電界放出型電子ディスプレイ（ＦＥＤ）、表面伝導型電子放出ディスプレイ（ＳＥＤ）、陰極線ディスプレイ（ＣＲＴ）などを包含している。特に、ＦＥＤやＳＥＤは、電子ビームを所望の個所に照射する（電子ビームを収束する）ことが容易であるという点から、本発明が適用するのに好ましい形態である。なお、ＦＥＤに用いられる電子放出源としては、スピント型、ＭＩＭ型、カーボンナノチューブ型、弾道電子面放出（ＢＳＤ）型などが挙げられる。
【００１３】
本発明の実施の形態について、表面伝導型電子放出素子を用いた電子線ディスプレイを例に挙げ、図１および図２を用いて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明のフェイスプレート１に電子ビームが照射され発光している様子をあらわす模式的な平面図である。また図１（ｂ）は本発明の電子線ディスプレイにおけるフェイスプレート１の断面、ならびに電子ビームの軌道５を示す模式的な断面図である。
【００１５】
なお、図中フェイスプレート１の平面方向をＸＹ方向とし、電子放出素子１０が設けられたリアプレート９とのギャップ方向をＺ方向とする。
【００１６】
フェイスプレート１には、電子ビーム（電子線）が照射され発光する蛍光体２と、黒色部材３と、メタルバック４が設けられている。フェイスプレート１の材料としては、蛍光体の発光を透過して観察するため、透明の絶縁性基板が好適に用いられ、ソーダライムガラスなどの板ガラスが好適に用いられる。その他に、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）の分野で用いられる高ひずみ点ガラスなども好適に用いられる。
【００１７】
蛍光体２は、電子ビームの照射により発光し画像を形成する材料であり、複数の蛍光体２により、蛍光体ドット２０を構成している。蛍光体２としては、ＣＲＴで用いられるＰ２２蛍光体をはじめとする電子線励起で発光する粉状の蛍光体が好適に用いられる。また、材料としては同様のものではあるが、フェイスプレート１に直接成膜をおこなって作製する薄膜蛍光体も好適に用いられる。特にＰ２２蛍光体は、ＣＲＴの開発により発光色、発光効率、色バランスなどに優れ、好適に用いることができる。また、蛍光体２はスクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法、インクジェット法などで形成される。特にスクリーン印刷法が材料使用効率の点で好適に使用される。
【００１８】
黒色部材３はブラックマトリクス・ブラックストライプなどとも呼ばれ、外光を吸収し明所コントラストを上げたり、蛍光体の混色を防いだりする目的で設けられている。黒色部材３には、蛍光体ドット２０の形成された領域内に複数の開口８が形成されている。黒色部材３としては、カーボンブラック、黒色顔料および低融点ガラスフリットを含有したペーストなどが用いられる。また、黒色部材３は、スクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法などで形成される。特に、黒色顔料および低融点ガラスフリットを含有したペーストに感光性樹脂を混合したものによるパターニングが行いやすいため、好適に用いられる。
【００１９】
明所コントラストを向上させるためには、黒色部材３の占有率を大きくする、すなわち開口率を小さくすることが必要となる。ただし、単に開口率を小さくすると、蛍光体の発光が遮られる。よって、光の遮蔽を少なくし、極力光の取り出し効率を上げることが求められる。なお、光取り出し効率の向上については後述する。
【００２０】
メタルバック４は、リアプレート９からの電子を加速するための加速電圧を印加するため、蛍光体２からの光のうちリアプレート９の方向に出た光をフェイスプレート１側に反射させるために設けられた部材である。メタルバック４は加速された電子ビームのエネルギー損失を極力小さくしつつ、光の反射率を向上する必要があるため、薄膜上の金属が好適に用いられる。メタルバック４としては、電子のエネルギー損失を小さくできるアルミニウムが、特に好適に用いられる。また、メタルバック４は、ＣＲＴで公知のフィルミング法、転写法などを用いて形成される。特に樹脂中間膜を用いるフィルミング法では、メタルバック４の反射率を向上できるために、好適に用いられる。
【００２１】
フェイスプレート１と対向して配置されたリアプレート９上には電子放出素子（電子源）１０が設けられている。
【００２２】
次に、電子放出素子（電子源）１０から放出された電子ビームについて説明する。電子放出素子１０から放出された電子ビームは、軌道５のように飛翔し、フェイスプレート１上の蛍光体ドット２０に照射され、電子ビームによる発光領域となる。
【００２３】
ここで、電子ビーム照射領域について説明する。
【００２４】
図２は電子ビームの強度を示す模式的図面である。電子線ディスプレイにおいて、電子ビームの照射強度分布は一様な分布とはならず、さまざまな分布を持つ。電子放出素子１０の形状により電子ビームの照射強度分布は異なるが、図２には表面伝導型電子放出素子を用いたときの典型的な分布を示す。下のグラフはＸ方向断面の強度プロファイルである。表面伝導型電子放出素子の強度プロファイルは、ピークを持ち、そのピークの外側はなだらかに変化している。このように、電子放出素子は、その照射強度分布が所定の方向になだらかに変化するため、電子ビームの非照射部を明確に示しにくく、また、強く発光している領域は限定されている。したがって本発明では、電子ビームによる発光領域とは、電子ビームの照射強度分布のうち、ピーク強度の半分以上の強度を有する部分とする。
【００２５】
なお、使用する蛍光体によっては、いわゆるガンマ特性、すなわち励起する電流密度を上げるほど発光効率が低下し輝度飽和が起こる現象を生じる場合がある。その場合には、電子ビームの照射強度プロファイルと、発光強度プロファイルは厳密には一致しない。しかしながら、本発明の目的は、蛍光体からの発光を効率よく取り出すことであり、発光プロファイルにおけるピークの半分の領域から求めた領域を電子ビーム照射領域６とする。ただし、この際に後述する複数の開口８を配置する際に、発光プロファイルがフェイスプレート１の外側から観察しにくい場合がある。その際には、次に示すような手法で電子ビーム照射領域６を求め、それに対して複数の開口を配置する。
（１）複数の開口８から観察できるプロファイルを測定する。
（２）電子放出源の形状、リアプレートの形状、加速電圧などから類推される電子ビームの予測プロファイルを測定する。
（３）開口が大きい、もしくは黒色部材３がないフェイスプレートを用いビームプロファイルを測定する。
【００２６】
いずれにせよ、本発明の目的である蛍光体２からの光を効率よく取り出すためには、蛍光体２の内部での発光強度に着目する必要がある。
【００２７】
また、電子ビーム照射領域６の大きさは、画素７（サブピクセルと呼ぶ場合もある）のサイズよりも小さく、おおむね固定された領域に照射されている。固定画素型の電子線ディスプレイにおいては、電子ビーム照射領域６は画素７よりも小さくなるため、光の取り出し方法を考慮する必要がある。ＣＲＴにおいては電子ビームを偏向コイルにて偏向し、スキャンして画像を表示する。そのため、スキャン方向に平行な方向には、画素全体に電子ビームが照射されることになる。ただし、シャドウマスクなどを有するＣＲＴでは、電子ビーム照射領域６が限定される場合がある。このような場合にも本発明は好適に用いることができる。すなわち、フェイスプレートに照射される電子ビームの位置・領域が、ある部分に限定されているような電子線ディスプレイであれば、本発明を好適に用いることができる。
【００２８】
次に複数の開口８を設ける際に、光の取り出し効率を向上するための方法について説明する。
【００２９】
複数の開口８は、上述の電子ビームの照射により発光した光を取り出すために設ける。まず、図３および図４を用いて、複数の開口を設けることによる効果について説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は、フェイスプレートの断面を示す図である。図３（ｂ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）はフェイスプレートの外側（観察者側）からみた平面図である。
【００３０】
各図において電子ビームの照射により発光した蛍光体２ａからの光線を矢印にて示している。蛍光体２ａからの光線の出射方向は等方的である。なお、蛍光体２ａは、蛍光体２のうち、開口８の直下に位置しておらず、黒色部材３に隠れた位置にある蛍光体である。
【００３１】
図３（ａ）に示す例では、開口８は、電子ビームの照射により発光した蛍光体２ａに対して左側に一つのみ形成されている。
【００３２】
このような構成において、開口８の方向に向かう方向に出射された光線（蛍光体２ａから左方向に出た矢印）は蛍光体２やメタルバック４に散乱・反射されて大部分が開口８から出射することができる。しかしながら、開口８と反対側に出射された光線（蛍光体２ａから右方向に出た矢印）は蛍光体２やメタルバック４に散乱・反射されても、開口８に到達しにくい。また、到達したとしても、かなりの回数の散乱・反射により光が減衰してしまっている。
【００３３】
また、図３（ｂ）に示すように、電子ビーム照射により発光した蛍光体２ａからの光線は、ＸＹ平面で色々な方向に出射される。その際に、開口８が発光した蛍光体２ａの片側のみに配置される場合には、実線で示した光線が開口に向かい、破線で示した光線は開口８に向かわない。破線で示した光線も、散乱・反射のうえ開口８に到達する場合もあるが、そのためにはかなりの減衰を伴う。
【００３４】
一方、図４（ａ）に示す例では、開口８は蛍光体２ａに対して左右両側に形成されている。
【００３５】
このような構成においては、蛍光体２ａから出射された光線（蛍光体２ａから左右両方向に出た矢印）はいずれも、散乱・反射により光が減衰する前に開口８に到達しやすい。このように、蛍光体２ａの左右両側、いいかえると発光部分が開口８でＸ方向において挟まれた位置に配置されていることが好ましい。
【００３６】
また、図４（ｂ）で示すように、発光する蛍光体２ａの両側に開口８が配置される場合には、実線で示す左右向かう光線はいずれも開口８に到達することができる。もっとも、破線で示す開口８と平行なＹ方向に向かう光線は、散乱・反射のうえ開口８に到達する場合もあるが、そのためにはかなりの減衰を伴う。
【００３７】
図４（ｃ）に示す例では、蛍光体２ａの周囲を囲むように開口８が形成されている。
【００３８】
この構成の場合、蛍光体２ａから出射された光線は、Ｘ、Ｙのいずれの方向においても開口８に到達しやすくなる。なお、開口８は必ずしも複数ではなく、つながった形態でも良い。
【００３９】
次に、本発明の特徴である、電子ビーム照射領域に対する開口８の形状、位置について説明する。
【００４０】
電子ビーム照射領域６が蛍光体ドット２０よりも小さい本形態において、以下の構成とすることで、光を取り出す効率及び明所コントラストを向上させることができる。
【００４１】
上述のとおり、光を取り出す効率を向上させるためには、発光する領域に対しその外側に開口８が存在することが求められる。そこで、開口８の少なくとも一部が電子ビーム照射領域６の外側に位置するようにする。
【００４２】
また、明所コントラストを向上するためには、外光を吸収しうる黒色部材３の占有率を上げる、すなわち開口率を下げる必要がある。そこで、電子ビーム照射領域６内に黒色部材３の一部が位置するようにする。
【００４３】
以下に本構成の具体例を示す。
【００４４】
第一の構成として、開口８を複数に分割し、電子ビーム照射領域を十分に囲めるように、少なくともひとつの開口８を電子ビーム照射領域６よりも外側に配置する構成が考えられる。
【００４５】
このような構成の例として、図５Ａ（ａ）〜図５Ａ（ｆ）に示す構成が挙げられる。各図中、電子ビーム照射領域６は、縦長の楕円形状で示されている。また、各図には図示しないが、蛍光体ドット２０は、各開口８の全て及び開口８の間に位置する黒色部材３ａの全てを含む領域に配置されている。
【００４６】
図５Ａ（ａ）は、複数の長方形の開口８が互いに所定の間隔を空けて平行に配置された例を示している。
【００４７】
より具体的に説明すると、本例では、該長方形の短手方向に６つ並列配置されているが、上下両端に位置する開口８には電子ビーム照射領域６は達しておらず、内側の４つの開口８にのみ電子ビーム照射領域６は位置している。つまり、開口８は、楕円形状の電子ビーム照射領域６の長軸方向においては、該長軸よりも広い領域に配置されている。
【００４８】
また、長方形の開口８の長手方向の長さは、楕円形状の電子ビーム照射領域６の短軸よりも長い。
【００４９】
黒色部材３にこのような開口８を形成することで、発光する領域に対しその外側に開口８を存在させ、かつ外光を吸収しうる黒色部材３ａの占有率を上げて開口率を下げることができる。すなわち、光を取り出す効率を向上させ、かつ明所コントラストを向上させることができる。
【００５０】
図５Ａ（ｂ）は、複数の正方形の開口８が互いに所定の間隔を空けてマトリクス状に配置された例を示している。これら各正方形の開口８の開口面積は、図５Ａ（ａ）の長方形の各開口８の開口面積に比べて小さい。なお、各開口８の開口形状は正方形に限定されるものではなく、長方形でもよく、さらに多角形でもよい。
【００５１】
図５Ａ（ｃ）は、開口形状が円形の開口８が互いに所定の間隔を空けてマトリクス状に配置された例を示している。また、図５Ａ（ｃ）では、ほとんど光線が届かない四隅の円形開口を無くすことにより、より効果的に開口率を低減している。本例においても、各開口８の開口形状は円形に限定されるものではなく、楕円形の他、外縁が曲線からなる開口形状であってもよい。
【００５２】
図５Ａ（ｄ）は、図５Ａ（ａ）と概ね同様の構成であるが、各開口８の角が丸めてある例について示したものである。さらに広義にはアスペクト比の大きい形状であれば良い（図５Ｂ参照）。
【００５３】
このような開口８の配置であれば、図４（ｂ）に示すように、ある点から出た光のうち、大部分の方向に出射される光を開口から取り出すことができる。
【００５４】
図５Ａ（ｅ）は、複数の正方形の開口８が互いに所定の間隔を空けて千鳥格子状に配置された例を示している。
【００５５】
図５Ａ（ｆ）は、複数の円形の開口８が互いに所定の間隔を空けて千鳥格子状に配置された例を示している。
【００５６】
次に、第二の構成として、第１の構成のように開口を分割した形状とするのではなく、電子ビーム照射領域６を内包するような開口を想定し、電子ビーム照射領域６の中に黒色部材３を配置する構成が考えられる。
【００５７】
図５Ａ（ｇ）は、電子ビーム照射領域６よりも大きな開口面積の開口８の中にひとつの黒色部材３ａが形成された例を示している。
【００５８】
図５Ａ（ｈ）は、電子ビーム照射領域６よりも大きな開口面積の開口８の中に複数の矩形の黒色部材３ａがマトリクス状に配置された例を示している。
【００５９】
図５Ａ（ｉ）は、電子ビーム照射領域６よりも大きな開口面積の開口８の中に複数の長方形の黒色部材３ａが並列に配置された例を示している。図５Ａ（ｉ）に示す例の黒色部材３ａは、その一方の端部が開口８の周囲に接している。
【００６０】
さらに、光の取り出し効率をより向上させるために必要な開口部分の構成（黒色部材・反射部材・開口の配置）について説明する。
【００６１】
電子照射により発光した蛍光体からでた光線は、
（１）蛍光体での散乱
（２）メタルバックでの反射
（３）黒色部材での反射
を繰り返して開口から観察者側に出射される。したがって、光線の減衰を極力減らすためには、（１）〜（３）での吸収を極力減らすことと、（１）〜（３）の起こる距離を短くすることが考えられる。このうち（１）〜（３）のうち吸収が最も多いのは（３）の黒色部材によるものである。
【００６２】
そこで、図６に示すように、電子ビーム照射領域６内に配置された黒色部材３ａの蛍光体２側（蛍光体ドット２０に対向する側）に、反射部材１１を設けることで、もっとも影響の大きい黒色部材３ａでの吸収を減ずることができる。電子ビーム照射領域６内に配置された黒色部材３ａ以外の部分の黒色部材３についても反射部材１１を設けるとより好適である。但し、以下の説明では、簡単のため、電子ビーム照射領域６内に配置された黒色部材３ａについてのみ説明する。
【００６３】
反射部材１１としては、金属膜のような鏡面反射をするものと、セラミックスのような拡散反射をする白色の材料を用いた白色部材を用いることができる。
【００６４】
反射部材１１として金属膜を使用する場合には、反射率の高い金属を用いることができ、銀・アルミニウム・ニッケル・プラチナ・ロジウムなどが好適に使用できる。特に、アルミニウムは安価であり、反射率も高く、フォトリソグラフィにも向いているので好適に使用できる。黒色部材３ａに積層して金属の反射膜を作製する方法としては、真空蒸着法・転写法・めっき法・スクリーン印刷法などが挙げられる。また、パターニングの方法としては、フォトリソグラフィ・転写法・スクリーン印刷法などが挙げられる。スクリーン印刷法については金属片の微小フレークをペースト化したものを使用する。特に、真空蒸着法により成膜した金属膜を、フォトリソグラフィで開口以外のところに形成する方法が、プロセスの容易性から好適に用いることができる。
【００６５】
次に、反射部材１１として白色部材を使用する場合について説明する。白色部材とは、拡散反射率の高い部材のことをいう。ここでは、拡散反射率が５０％以上のものを白色部材とする。黒色部材３ａに白色部材を積層すると、下地となる黒色部材３ａの表面状態によらず高い反射率を得ることができる。白色部材の材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどのセラミックスや拡散反射板に用いられる硫酸バリウムなどが挙げられる。白色部材を形成する方法としては、上記材料をペースト化し、フォトリソグラフィ、スクリーン印刷、転写法などが挙げられる。このうち特にセラミックスの感光性ペーストを用いたフォトリソグラフィが、プロセスの容易性から好適に用いることができる。
【００６６】
また、黒色部材３ａと反射部材１１を同時にパターニングすることもできる。あらかじめ全面に黒色部材３ａの材料を塗布し、続けて反射部材１１の材料を成膜もしくは塗布する。これらの材料に感光性材料を混入しておき、一括で感光・現像することで、まとめてパターニングができるため、特に好適に黒色部材３ａと反射部材１１の積層構造を形成できる。
【００６７】
なお、黒色部材３ａに金属膜を形成するか、あるいは白色部材を形成するかは黒色部材３ａの表面状態によって適宜選択可能である。黒色部材３ａが平坦である場合には、鏡面反射を得られる金属膜を好適に用いることができる。一方、黒色材料３ａが平坦でない場合、平坦でない黒色部材３ａ上に金属膜を形成しても光沢面が得られず、反射率が下がってしまう。このような場合、上述したように、黒色部材３ａの表面状態によらず高い反射率を得ることができるセラミックス等の白色部材を用いるのが好ましい。
【００６８】
次に、光を取り出すまでの距離を短くすることにより、光の取り出し効率を向上する方法について述べる。もちろん、最もよいのは発光した部分に開口があることではあるが、それでは開口率を下げることができない。しかし、黒色部材３ａで遮光された部分の距離（開口間距離であり、遮光部材の長さ）が短ければ、その部分での散乱される回数が少なくなるので、光の減衰率を低下できる。
【００６９】
黒色部材３ａで遮光された距離を短くするのに適した形状について図７を用いて説明する。なお、図７に示す例は図５Ａ（ａ）に示した構成のものである。
【００７０】
図７に示す例では、開口８は長方形でありアスペクト比が大きく、また、開口８の間に位置する黒色部材３ａもアスペクトの大きい矩形となっている。このような構成とすることで、開口８の間に位置する黒色部材３ａに遮光された部分の蛍光体２ａからの発光は、図中の白矢印の方向に出た場合には最短距離で開口に到達させることができる。
【００７１】
また、それ以外の方向に出た光も比較的短い距離で開口に到達する。加えて、開口率を下げやすいために、明所コントラストを上げる効果が大きい。
【００７２】
開口８をアスペクト比の大きい長方形（すなわち、黒色部材３ａもアスペクト比の大きい矩形もしくは長方形）にすることが、明所コントラストを向上させるのに特に好適な構成といえる。もっとも、遮光された部分の距離Ｌが余りに長いと、遮光部分をアスペクト比の大きい長方形にしても効果が小さくなる。そのため、黒色部材３ａの距離Ｌはある範囲内に留めたほうが好ましい。なお、開口率を下げる程度が少なくて良い場合には、図５Ａ（ｈ）のような形状が光の取り出し効果を大きくすることができ、好適である。
【００７３】
次に、黒色部材３ａの距離Ｌと蛍光体２の膜厚との関係について説明する。
【００７４】
電子ビームで励起され発光した蛍光体２からの光線は等方的に放射されるため、ある程度の広がりを有する。この光線は蛍光体２からなる蛍光体ドット２０の膜厚が主に関係し、概ねこの膜厚の５倍程度の距離（ＸＹ方向）に広がる。そのため、黒色部材３ａの距離Ｌが蛍光体ドット２０の膜厚の５倍以上あると、ほぼ全ての光線が必ず黒色部材３ａで反射するために、光の取り出し効率が低くなる。したがって、黒色部材３ａの距離Ｌは蛍光体２の膜厚の５倍以下が好ましい。
【００７５】
次に、開口率と明所コントラストとの関係について説明する。
【００７６】
開口率が大きすぎると明所コントラストを向上させる効果が小さくなる。しかしながら、開口率を余り小さくしすぎても、光の取り出し効率が低下してしまう。
【００７７】
明所コントラスト向上の効果は、電子ビーム照射領域６における開口率が９０％ぐらいから効果が見え始め、７０％より低いと顕著に表れる。一方、電子ビーム照射領域６における開口率が３０％より低いと光の取り出し効率が下がり、２０％より低いと輝度が低くなりすぎる。したがって開口率は２０％以上９０％以下の範囲内、好ましくは３０％以上７０％以下の範囲内とすることにより、明所コントラストを良好に向上させることができる。
【００７８】
図８に、電子ビーム照射領域における開口率に対する、輝度とコントラストとの関係を示すグラフを示す。
【００７９】
開口率が３０％では、輝度は６割程度に低下してしまい、開口率を３０％より低くすると暗くなりすぎる。逆に開口率が７０％程度では明所コントラスト向上の効果が３割程度と小さくなってしまう。
【００８０】
以上、表面伝導型電子放出素子を用いた電子線ディスプレイについて本発明を具体的に説明した。なお、他の電子放出素子を用いたディスプレイにおいても本発明は好適に用いることができる。他の電子放出素子を用いたときには、それに応じた電子ビームの照射領域が形成される。スピント型であれば多数のスポットにより形成され、シャドウマスクを用いたＣＲＴであればシャドウマスクの開口の部分にとほぼ同様の形状をしたシャープな電流密度プロファイルになる。その際にも、電子ビームの照射領域に対し明所コントラストを向上するために、開口の形状を決めることにより明所コントラストを大幅に向上できる。
【００８１】
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明を詳しく説明する。
（実施例１）
本実施例は、図１に示される黒色部材を有する電子線ディスプレイを製造した。
【００８２】
まず、本発明の特徴を示すフェイスプレート１の作製方法について説明する。
［工程１：黒色部材の形成］
ソーダライムガラスの基板上についてアニール処理を行うとともに洗浄した。その後、黒色部材３となる黒色ペーストを厚さ５μｍとなるように全面に塗布した。本実施例では黒色ペーストとして感光剤を混合したカーボンブラックを用いた。塗布後、図１（ａ）に示すようなサブピクセルあたり複数の開口８を有するような形状になるように露光を行い、現像し所望のパターンを得た。なお、ＲＧＢ正方画素のピッチが４５０μｍ（サブピクセルの大きさがＸ方向１５０μｍ、Ｙ方向４５０μｍ）とした。また、サブピクセルの中の開口８がひとつあたりＸ方向１００μｍ、Ｙ方向２０μｍとし、開口８の間に位置する黒色部材３ａのＹ方向（距離Ｌ）を２０μｍとした。開口８はサブピクセルあたり６箇所をＹ方向に並ぶように配置した。その後４５０度で焼成を行った。
［工程２：反射部材の形成］
次に、反射部材１１として真空蒸着法によりアルミニウムを厚さ３００ｎｍで全面に成膜した。次に、フォトレジストを全面に塗布し、開口８の部分のレジストが除去されるように露光を行った。次に、現像により開口８の部分のレジストを除去し、アルミニウム膜をエッチングで除去した後に、残ったレジストを剥離した。
［工程３：蛍光体の形成］
次に、ＲＧＢの蛍光体２をスクリーン印刷法により形成した。使用した蛍光体２は、化成オプト社製のＰ２２蛍光体であり、赤：Ｐ２２ＲＥ３（Ｙ2Ｏ2Ｓ）、緑Ｐ２２ＧＮ４（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ）、青＝２２Ｂ２（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）を用いた。それぞれの蛍光体２の平均粒径は７μｍであり、蛍光体ドット２０の平均膜厚が１５μｍになるように形成した。その後４５０度で焼成を行った。
［工程４：メタルバックの形成］
次に、ＣＲＴの分野で公知であるフィルミング法を用いてメタルバック４を作製した。樹脂中間膜を形成した後、真空蒸着法によりアルミニウムを厚さ１００ｎｍで形成した。その後４５０度で焼成を行い、樹脂中間膜を除去した。
［工程５：真空容器の形成］
以上の工程を経てフェイスプレート１を作製し、リアプレート９と組み合わせて真空容器を形成し、電子線ディスプレイとしての動作を確認した。なお、リアプレート９および電子放出素子１０の作製方法については説明を省略する。
【００８３】
ここで、本実施例において使用した表面伝導型電子放出素子の構成について説明する。
【００８４】
図９は本実施例のリアプレートの構成の一部を示す平面図である。リアプレート９には、線順次駆動する際の走査線１３と、信号線１４が形成され、層間絶縁層１６で絶縁されている。また、走査線１３と信号線１４には、それぞれ電子放出素子１０に給電するための電極１５が接続されている。なお電子放出素子１０のナノギャップ長さＬＧは１００μｍとした。また、フェイスプレート１とリアプレート９の距離は２ｍｍとした。作製した画像表示パネルを素子駆動電圧１６Ｖ、加速電圧１０ｋＶで駆動した際の電子ビームによる発光領域は図１（ａ）に示すとおりになった。
【００８５】
作製した電子線ディスプレイの輝度を測定したところ、４５０ｃｄ／ｍ2であった。また、室内照度３００ｌｘの時の拡散反射率を測定したところ３％であり、明所コントラストは３００程度であった。
（実施例２）
本実施例は、反射部材１１として白色材料を用いた例である。ただし、開口８の形状や蛍光体２・メタルバック４の製法などは実施例１と同様であるため、説明を省略する。
［黒色部材および反射部材の形成］
ソーダライムガラスの基板上についてアニール処理を行うとともに洗浄した。その後、黒色部材３となる黒色ペーストを厚さ５μｍになるように全面に塗布した。本実施例では黒色ペーストとして感光剤・バインダー樹脂・黒色顔料・低融点ガラスフリットを混合したペーストを用いた。
【００８６】
次に、白色ペーストを厚さ５μｍになるように全面に塗布した。本実施例では白色ペーストとして、感光剤、アルミナ、低融点ガラスフリットを混合したペーストを用いた。
【００８７】
白色ペーストを積層して塗布した後、乾燥を行い、所望の形状になるように露光を行い、現像し図１（ａ）に示すようなパターンを得た。その後４５０度で焼成を行った。
【００８８】
その後、実施例１と同様の手段で蛍光体およびメタルバックを形成した。
【００８９】
作製した電子線ディスプレイの輝度を測定したところ、４２０ｃｄ／ｍ2であった。また、室内照度３００ｌｘの時の拡散反射率を測定したところ３％であり、明所コントラストは２８０程度であった。
（比較例）
次に比較例として、図１０に示す、電子ビーム照射領域６の全体を覆う開口８が形成された黒色部材３を作製した。作製方法などは実施例１と同様であり、開口８の形状のみが異なる。開口８はサブピクセルあたりひとつであり、電子ビーム照射領域６を内包する長方形とした。開口の寸法はＸ方向１００μｍ、Ｙ方向２２０μｍとした。
【００９０】
作製した電子線ディスプレイの輝度を測定したところ、５００ｃｄ／ｍ2であった。また、室内照度３００ｌｘの時の拡散反射率を測定したところ６％であり、明所コントラストは１７０程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の電子線ディスプレイの模式的な平面図及び断面図である。
【図２】電子ビーム照射領域および強度プロファイルを示す図である。
【図３】開口が、発光した蛍光体に対して片側に一つのみ形成された黒色部材を有するフェイスプレートにおける、蛍光体から出射された光の進行状態を模式的に示した図である。
【図４】開口が、発光した蛍光体に対して両側、あるいは周囲に形成された黒色部材を有するフェイスプレートにおける、蛍光体から出射された光の進行状態を模式的に示した図である。
【図５Ａ】本発明の効果を得ることができる形状の開口が形成された黒色部材の例を示す模式的な平面図である。
【図５Ｂ】開口のアスペクト比を説明する図である。
【図６】反射部材を備えた黒色部材を有するフェイスプレートの模式的な側断面図である。
【図７】黒色部材で遮光された距離を短くする際に適した形状について説明するための図である。
【図８】電子ビーム照射領域における開口率に対する、輝度とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施例におけるリアプレートの構成の一部を示す平面図である。
【図１０】比較例としての電子線ディスプレイの模式的な平面図および断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ フェイスプレート
２ 蛍光体
３ 黒色材料
４ メタルバック
６ 電子ビーム照射領域
８ 開口
１０ 電子放出素子
２０ 蛍光体ドット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外光反射を減じた電子線ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＲＴをはじめとする画像表示装置は、より一層の大判化が求められ研究が盛んに行なわれている。また大判化に伴い装置の薄型化・軽量化・低コスト化が重要な課題となっている。しかしながら、ＣＲＴは高電圧で加速した電子を偏向電極で偏向し、フェイスプレート上の蛍光体を励起するため、大判化をおこなうと原理的に奥行きが必要となり、薄型・軽量のものを提供する事が困難である。発明者らは前記の問題を解決し得る画像表示装置として、表面伝導型電子放出素子、ならびにこの表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置について研究を行ってきた。
【０００３】
近年、このような画像表示装置における輝度及びコントラスト等の画像特性を向上させる手段が種々開示されている。
【０００４】
特許文献１には、ブラックマトリクスの占有面積を６０％から９５％とし、ブラックマトリクス上には金属膜が設けられ、かつブラックマトリクスには開口と複数の小孔を設け、光の取り出し効率を向上させることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ブラックマトリクス膜と、このブラックマトリクス膜上に設けられた光反射膜と、蛍光体膜と、背面光反射膜（メタルバック）とからなる蛍光体スクリーン面が開示されている。特許文献２に係る発明は光の取り出し効率をメタルバックの構造にて向上させている。
【特許文献１】特開２００６−００４８０４号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び特許文献２に記載されている画像表示装置はいずれも蛍光体からの光取り出し効率の向上を図るものであるが、近年、さらなる表示特性の向上が求められている。
【０００７】
明所コントラストを向上させるためには、ブラックマトリクスの占有率を大きくする、すなわち開口率を小さくすることが必要となる。しかしながら、単に開口率を小さくすると、蛍光体の発光が遮られ、光の取り出し効率が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、蛍光体からの光取り出し効率、及び明所コントラストを向上させた電子線ディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電子線ディスプレイは、電子源と、メタルバックと、該メタルバックを介して電子源と対向し、該電子源より放出される電子ビームの照射によって発光する蛍光体ドットとを有する。本発明の電子線ディスプレイは、さらに蛍光体ドットの形成された領域内に開口を有し、蛍光体ドットを介して電子源に対向して配置された黒色部材とを有するフェイスプレートと、を備える。このような電子線ディスプレイにおいて、電子源から放出される電子ビームの照射領域が、蛍光体ドットより小さく、照射領域内に黒色部材の一部が位置し、開口の少なくとも一部は、照射領域の外側に位置している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蛍光体からの光取り出し効率、及び明所コントラストを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
本発明の電子線ディスプレイは、電界放出型電子ディスプレイ（ＦＥＤ）、表面伝導型電子放出ディスプレイ（ＳＥＤ）、陰極線ディスプレイ（ＣＲＴ）などを包含している。特に、ＦＥＤやＳＥＤは、電子ビームを所望の個所に照射する（電子ビームを収束する）ことが容易であるという点から、本発明が適用するのに好ましい形態である。なお、ＦＥＤに用いられる電子放出源としては、スピント型、ＭＩＭ型、カーボンナノチューブ型、弾道電子面放出（ＢＳＤ）型などが挙げられる。
【００１３】
本発明の実施の形態について、表面伝導型電子放出素子を用いた電子線ディスプレイを例に挙げ、図１および図２を用いて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明のフェイスプレート１に電子ビームが照射され発光している様子をあらわす模式的な平面図である。また図１（ｂ）は本発明の電子線ディスプレイにおけるフェイスプレート１の断面、ならびに電子ビームの軌道５を示す模式的な断面図である。
【００１５】
なお、図中フェイスプレート１の平面方向をＸＹ方向とし、電子放出素子１０が設けられたリアプレート９とのギャップ方向をＺ方向とする。
【００１６】
フェイスプレート１には、電子ビーム（電子線）が照射され発光する蛍光体２と、黒色部材３と、メタルバック４が設けられている。フェイスプレート１の材料としては、蛍光体の発光を透過して観察するため、透明の絶縁性基板が好適に用いられ、ソーダライムガラスなどの板ガラスが好適に用いられる。その他に、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）の分野で用いられる高ひずみ点ガラスなども好適に用いられる。
【００１７】
蛍光体２は、電子ビームの照射により発光し画像を形成する材料であり、複数の蛍光体２により、蛍光体ドット２０を構成している。蛍光体２としては、ＣＲＴで用いられるＰ２２蛍光体をはじめとする電子線励起で発光する粉状の蛍光体が好適に用いられる。また、材料としては同様のものではあるが、フェイスプレート１に直接成膜をおこなって作製する薄膜蛍光体も好適に用いられる。特にＰ２２蛍光体は、ＣＲＴの開発により発光色、発光効率、色バランスなどに優れ、好適に用いることができる。また、蛍光体２はスクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法、インクジェット法などで形成される。特にスクリーン印刷法が材料使用効率の点で好適に使用される。
【００１８】
黒色部材３はブラックマトリクス・ブラックストライプなどとも呼ばれ、外光を吸収し明所コントラストを上げたり、蛍光体の混色を防いだりする目的で設けられている。黒色部材３には、蛍光体ドット２０の形成された領域内に複数の開口８が形成されている。黒色部材３としては、カーボンブラック、黒色顔料および低融点ガラスフリットを含有したペーストなどが用いられる。また、黒色部材３は、スクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法などで形成される。特に、黒色顔料および低融点ガラスフリットを含有したペーストに感光性樹脂を混合したものによるパターニングが行いやすいため、好適に用いられる。
【００１９】
明所コントラストを向上させるためには、黒色部材３の占有率を大きくする、すなわち開口率を小さくすることが必要となる。ただし、単に開口率を小さくすると、蛍光体の発光が遮られる。よって、光の遮蔽を少なくし、極力光の取り出し効率を上げることが求められる。なお、光取り出し効率の向上については後述する。
【００２０】
メタルバック４は、リアプレート９からの電子を加速するための加速電圧を印加するため、蛍光体２からの光のうちリアプレート９の方向に出た光をフェイスプレート１側に反射させるために設けられた部材である。メタルバック４は加速された電子ビームのエネルギー損失を極力小さくしつつ、光の反射率を向上する必要があるため、薄膜上の金属が好適に用いられる。メタルバック４としては、電子のエネルギー損失を小さくできるアルミニウムが、特に好適に用いられる。また、メタルバック４は、ＣＲＴで公知のフィルミング法、転写法などを用いて形成される。特に樹脂中間膜を用いるフィルミング法では、メタルバック４の反射率を向上できるために、好適に用いられる。
【００２１】
フェイスプレート１と対向して配置されたリアプレート９上には電子放出素子（電子源）１０が設けられている。
【００２２】
次に、電子放出素子（電子源）１０から放出された電子ビームについて説明する。電子放出素子１０から放出された電子ビームは、軌道５のように飛翔し、フェイスプレート１上の蛍光体ドット２０に照射され、電子ビームによる発光領域となる。
【００２３】
ここで、電子ビーム照射領域について説明する。
【００２４】
図２は電子ビームの強度を示す模式的図面である。電子線ディスプレイにおいて、電子ビームの照射強度分布は一様な分布とはならず、さまざまな分布を持つ。電子放出素子１０の形状により電子ビームの照射強度分布は異なるが、図２には表面伝導型電子放出素子を用いたときの典型的な分布を示す。下のグラフはＸ方向断面の強度プロファイルである。表面伝導型電子放出素子の強度プロファイルは、ピークを持ち、そのピークの外側はなだらかに変化している。このように、電子放出素子は、その照射強度分布が所定の方向になだらかに変化するため、電子ビームの非照射部を明確に示しにくく、また、強く発光している領域は限定されている。したがって本発明では、電子ビームによる発光領域とは、電子ビームの照射強度分布のうち、ピーク強度の半分以上の強度を有する部分とする。
【００２５】
なお、使用する蛍光体によっては、いわゆるガンマ特性、すなわち励起する電流密度を上げるほど発光効率が低下し輝度飽和が起こる現象を生じる場合がある。その場合には、電子ビームの照射強度プロファイルと、発光強度プロファイルは厳密には一致しない。しかしながら、本発明の目的は、蛍光体からの発光を効率よく取り出すことであり、発光プロファイルにおけるピークの半分の領域から求めた領域を電子ビーム照射領域６とする。ただし、この際に後述する複数の開口８を配置する際に、発光プロファイルがフェイスプレート１の外側から観察しにくい場合がある。その際には、次に示すような手法で電子ビーム照射領域６を求め、それに対して複数の開口を配置する。
（１）複数の開口８から観察できるプロファイルを測定する。
（２）電子放出源の形状、リアプレートの形状、加速電圧などから類推される電子ビームの予測プロファイルを測定する。
（３）開口が大きい、もしくは黒色部材３がないフェイスプレートを用いビームプロファイルを測定する。
【００２６】
いずれにせよ、本発明の目的である蛍光体２からの光を効率よく取り出すためには、蛍光体２の内部での発光強度に着目する必要がある。
【００２７】
また、電子ビーム照射領域６の大きさは、画素７（サブピクセルと呼ぶ場合もある）のサイズよりも小さく、おおむね固定された領域に照射されている。固定画素型の電子線ディスプレイにおいては、電子ビーム照射領域６は画素７よりも小さくなるため、光の取り出し方法を考慮する必要がある。ＣＲＴにおいては電子ビームを偏向コイルにて偏向し、スキャンして画像を表示する。そのため、スキャン方向に平行な方向には、画素全体に電子ビームが照射されることになる。ただし、シャドウマスクなどを有するＣＲＴでは、電子ビーム照射領域６が限定される場合がある。このような場合にも本発明は好適に用いることができる。すなわち、フェイスプレートに照射される電子ビームの位置・領域が、ある部分に限定されているような電子線ディスプレイであれば、本発明を好適に用いることができる。
【００２８】
次に複数の開口８を設ける際に、光の取り出し効率を向上するための方法について説明する。
【００２９】
複数の開口８は、上述の電子ビームの照射により発光した光を取り出すために設ける。まず、図３および図４を用いて、複数の開口を設けることによる効果について説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は、フェイスプレートの断面を示す図である。図３（ｂ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）はフェイスプレートの外側（観察者側）からみた平面図である。
【００３０】
各図において電子ビームの照射により発光した蛍光体２ａからの光線を矢印にて示している。蛍光体２ａからの光線の出射方向は等方的である。なお、蛍光体２ａは、蛍光体２のうち、開口８の直下に位置しておらず、黒色部材３に隠れた位置にある蛍光体である。
【００３１】
図３（ａ）に示す例では、開口８は、電子ビームの照射により発光した蛍光体２ａに対して左側に一つのみ形成されている。
【００３２】
このような構成において、開口８の方向に向かう方向に出射された光線（蛍光体２ａから左方向に出た矢印）は蛍光体２やメタルバック４に散乱・反射されて大部分が開口８から出射することができる。しかしながら、開口８と反対側に出射された光線（蛍光体２ａから右方向に出た矢印）は蛍光体２やメタルバック４に散乱・反射されても、開口８に到達しにくい。また、到達したとしても、かなりの回数の散乱・反射により光が減衰してしまっている。
【００３３】
また、図３（ｂ）に示すように、電子ビーム照射により発光した蛍光体２ａからの光線は、ＸＹ平面で色々な方向に出射される。その際に、開口８が発光した蛍光体２ａの片側のみに配置される場合には、実線で示した光線が開口に向かい、破線で示した光線は開口８に向かわない。破線で示した光線も、散乱・反射のうえ開口８に到達する場合もあるが、そのためにはかなりの減衰を伴う。
【００３４】
一方、図４（ａ）に示す例では、開口８は蛍光体２ａに対して左右両側に形成されている。
【００３５】
このような構成においては、蛍光体２ａから出射された光線（蛍光体２ａから左右両方向に出た矢印）はいずれも、散乱・反射により光が減衰する前に開口８に到達しやすい。このように、蛍光体２ａの左右両側、いいかえると発光部分が開口８でＸ方向において挟まれた位置に配置されていることが好ましい。
【００３６】
また、図４（ｂ）で示すように、発光する蛍光体２ａの両側に開口８が配置される場合には、実線で示す左右向かう光線はいずれも開口８に到達することができる。もっとも、破線で示す開口８と平行なＹ方向に向かう光線は、散乱・反射のうえ開口８に到達する場合もあるが、そのためにはかなりの減衰を伴う。
【００３７】
図４（ｃ）に示す例では、蛍光体２ａの周囲を囲むように開口８が形成されている。
【００３８】
この構成の場合、蛍光体２ａから出射された光線は、Ｘ、Ｙのいずれの方向においても開口８に到達しやすくなる。なお、開口８は必ずしも複数ではなく、つながった形態でも良い。
【００３９】
次に、本発明の特徴である、電子ビーム照射領域に対する開口８の形状、位置について説明する。
【００４０】
電子ビーム照射領域６が蛍光体ドット２０よりも小さい本形態において、以下の構成とすることで、光を取り出す効率及び明所コントラストを向上させることができる。
【００４１】
上述のとおり、光を取り出す効率を向上させるためには、発光する領域に対しその外側に開口８が存在することが求められる。そこで、開口８の少なくとも一部が電子ビーム照射領域６の外側に位置するようにする。
【００４２】
また、明所コントラストを向上するためには、外光を吸収しうる黒色部材３の占有率を上げる、すなわち開口率を下げる必要がある。そこで、電子ビーム照射領域６内に黒色部材３の一部が位置するようにする。
【００４３】
以下に本構成の具体例を示す。
【００４４】
第一の構成として、開口８を複数に分割し、電子ビーム照射領域を十分に囲めるように、少なくともひとつの開口８を電子ビーム照射領域６よりも外側に配置する構成が考えられる。
【００４５】
このような構成の例として、図５Ａ（ａ）〜図５Ａ（ｆ）に示す構成が挙げられる。各図中、電子ビーム照射領域６は、縦長の楕円形状で示されている。また、各図には図示しないが、蛍光体ドット２０は、各開口８の全て及び開口８の間に位置する黒色部材３ａの全てを含む領域に配置されている。
【００４６】
図５Ａ（ａ）は、複数の長方形の開口８が互いに所定の間隔を空けて平行に配置された例を示している。
【００４７】
より具体的に説明すると、本例では、該長方形の短手方向に６つ並列配置されているが、上下両端に位置する開口８には電子ビーム照射領域６は達しておらず、内側の４つの開口８にのみ電子ビーム照射領域６は位置している。つまり、開口８は、楕円形状の電子ビーム照射領域６の長軸方向においては、該長軸よりも広い領域に配置されている。
【００４８】
また、長方形の開口８の長手方向の長さは、楕円形状の電子ビーム照射領域６の短軸よりも長い。
【００４９】
黒色部材３にこのような開口８を形成することで、発光する領域に対しその外側に開口８を存在させ、かつ外光を吸収しうる黒色部材３ａの占有率を上げて開口率を下げることができる。すなわち、光を取り出す効率を向上させ、かつ明所コントラストを向上させることができる。
【００５０】
図５Ａ（ｂ）は、複数の正方形の開口８が互いに所定の間隔を空けてマトリクス状に配置された例を示している。これら各正方形の開口８の開口面積は、図５Ａ（ａ）の長方形の各開口８の開口面積に比べて小さい。なお、各開口８の開口形状は正方形に限定されるものではなく、長方形でもよく、さらに多角形でもよい。
【００５１】
図５Ａ（ｃ）は、開口形状が円形の開口８が互いに所定の間隔を空けてマトリクス状に配置された例を示している。また、図５Ａ（ｃ）では、ほとんど光線が届かない四隅の円形開口を無くすことにより、より効果的に開口率を低減している。本例においても、各開口８の開口形状は円形に限定されるものではなく、楕円形の他、外縁が曲線からなる開口形状であってもよい。
【００５２】
図５Ａ（ｄ）は、図５Ａ（ａ）と概ね同様の構成であるが、各開口８の角が丸めてある例について示したものである。さらに広義にはアスペクト比の大きい形状であれば良い（図５Ｂ参照）。
【００５３】
このような開口８の配置であれば、図４（ｂ）に示すように、ある点から出た光のうち、大部分の方向に出射される光を開口から取り出すことができる。
【００５４】
図５Ａ（ｅ）は、複数の正方形の開口８が互いに所定の間隔を空けて千鳥格子状に配置された例を示している。
【００５５】
図５Ａ（ｆ）は、複数の円形の開口８が互いに所定の間隔を空けて千鳥格子状に配置された例を示している。
【００５６】
次に、第二の構成として、第１の構成のように開口を分割した形状とするのではなく、電子ビーム照射領域６を内包するような開口を想定し、電子ビーム照射領域６の中に黒色部材３を配置する構成が考えられる。
【００５７】
図５Ａ（ｇ）は、電子ビーム照射領域６よりも大きな開口面積の開口８の中にひとつの黒色部材３ａが形成された例を示している。
【００５８】
図５Ａ（ｈ）は、電子ビーム照射領域６よりも大きな開口面積の開口８の中に複数の矩形の黒色部材３ａがマトリクス状に配置された例を示している。
【００５９】
図５Ａ（ｉ）は、電子ビーム照射領域６よりも大きな開口面積の開口８の中に複数の長方形の黒色部材３ａが並列に配置された例を示している。図５Ａ（ｉ）に示す例の黒色部材３ａは、その一方の端部が開口８の周囲に接している。
【００６０】
さらに、光の取り出し効率をより向上させるために必要な開口部分の構成（黒色部材・反射部材・開口の配置）について説明する。
【００６１】
電子照射により発光した蛍光体からでた光線は、
（１）蛍光体での散乱
（２）メタルバックでの反射
（３）黒色部材での反射
を繰り返して開口から観察者側に出射される。したがって、光線の減衰を極力減らすためには、（１）〜（３）での吸収を極力減らすことと、（１）〜（３）の起こる距離を短くすることが考えられる。このうち（１）〜（３）のうち吸収が最も多いのは（３）の黒色部材によるものである。
【００６２】
そこで、図６に示すように、電子ビーム照射領域６内に配置された黒色部材３ａの蛍光体２側（蛍光体ドット２０に対向する側）に、反射部材１１を設けることで、もっとも影響の大きい黒色部材３ａでの吸収を減ずることができる。電子ビーム照射領域６内に配置された黒色部材３ａ以外の部分の黒色部材３についても反射部材１１を設けるとより好適である。但し、以下の説明では、簡単のため、電子ビーム照射領域６内に配置された黒色部材３ａについてのみ説明する。
【００６３】
反射部材１１としては、金属膜のような鏡面反射をするものと、セラミックスのような拡散反射をする白色の材料を用いた白色部材を用いることができる。
【００６４】
反射部材１１として金属膜を使用する場合には、反射率の高い金属を用いることができ、銀・アルミニウム・ニッケル・プラチナ・ロジウムなどが好適に使用できる。特に、アルミニウムは安価であり、反射率も高く、フォトリソグラフィにも向いているので好適に使用できる。黒色部材３ａに積層して金属の反射膜を作製する方法としては、真空蒸着法・転写法・めっき法・スクリーン印刷法などが挙げられる。また、パターニングの方法としては、フォトリソグラフィ・転写法・スクリーン印刷法などが挙げられる。スクリーン印刷法については金属片の微小フレークをペースト化したものを使用する。特に、真空蒸着法により成膜した金属膜を、フォトリソグラフィで開口以外のところに形成する方法が、プロセスの容易性から好適に用いることができる。
【００６５】
次に、反射部材１１として白色部材を使用する場合について説明する。白色部材とは、拡散反射率の高い部材のことをいう。ここでは、拡散反射率が５０％以上のものを白色部材とする。黒色部材３ａに白色部材を積層すると、下地となる黒色部材３ａの表面状態によらず高い反射率を得ることができる。白色部材の材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどのセラミックスや拡散反射板に用いられる硫酸バリウムなどが挙げられる。白色部材を形成する方法としては、上記材料をペースト化し、フォトリソグラフィ、スクリーン印刷、転写法などが挙げられる。このうち特にセラミックスの感光性ペーストを用いたフォトリソグラフィが、プロセスの容易性から好適に用いることができる。
【００６６】
また、黒色部材３ａと反射部材１１を同時にパターニングすることもできる。あらかじめ全面に黒色部材３ａの材料を塗布し、続けて反射部材１１の材料を成膜もしくは塗布する。これらの材料に感光性材料を混入しておき、一括で感光・現像することで、まとめてパターニングができるため、特に好適に黒色部材３ａと反射部材１１の積層構造を形成できる。
【００６７】
なお、黒色部材３ａに金属膜を形成するか、あるいは白色部材を形成するかは黒色部材３ａの表面状態によって適宜選択可能である。黒色部材３ａが平坦である場合には、鏡面反射を得られる金属膜を好適に用いることができる。一方、黒色材料３ａが平坦でない場合、平坦でない黒色部材３ａ上に金属膜を形成しても光沢面が得られず、反射率が下がってしまう。このような場合、上述したように、黒色部材３ａの表面状態によらず高い反射率を得ることができるセラミックス等の白色部材を用いるのが好ましい。
【００６８】
次に、光を取り出すまでの距離を短くすることにより、光の取り出し効率を向上する方法について述べる。もちろん、最もよいのは発光した部分に開口があることではあるが、それでは開口率を下げることができない。しかし、黒色部材３ａで遮光された部分の距離（開口間距離であり、遮光部材の長さ）が短ければ、その部分での散乱される回数が少なくなるので、光の減衰率を低下できる。
【００６９】
黒色部材３ａで遮光された距離を短くするのに適した形状について図７を用いて説明する。なお、図７に示す例は図５Ａ（ａ）に示した構成のものである。
【００７０】
図７に示す例では、開口８は長方形でありアスペクト比が大きく、また、開口８の間に位置する黒色部材３ａもアスペクトの大きい矩形となっている。このような構成とすることで、開口８の間に位置する黒色部材３ａに遮光された部分の蛍光体２ａからの発光は、図中の白矢印の方向に出た場合には最短距離で開口に到達させることができる。
【００７１】
また、それ以外の方向に出た光も比較的短い距離で開口に到達する。加えて、開口率を下げやすいために、明所コントラストを上げる効果が大きい。
【００７２】
開口８をアスペクト比の大きい長方形（すなわち、黒色部材３ａもアスペクト比の大きい矩形もしくは長方形）にすることが、明所コントラストを向上させるのに特に好適な構成といえる。もっとも、遮光された部分の距離Ｌが余りに長いと、遮光部分をアスペクト比の大きい長方形にしても効果が小さくなる。そのため、黒色部材３ａの距離Ｌはある範囲内に留めたほうが好ましい。なお、開口率を下げる程度が少なくて良い場合には、図５Ａ（ｈ）のような形状が光の取り出し効果を大きくすることができ、好適である。
【００７３】
次に、黒色部材３ａの距離Ｌと蛍光体２の膜厚との関係について説明する。
【００７４】
電子ビームで励起され発光した蛍光体２からの光線は等方的に放射されるため、ある程度の広がりを有する。この光線は蛍光体２からなる蛍光体ドット２０の膜厚が主に関係し、概ねこの膜厚の５倍程度の距離（ＸＹ方向）に広がる。そのため、黒色部材３ａの距離Ｌが蛍光体ドット２０の膜厚の５倍以上あると、ほぼ全ての光線が必ず黒色部材３ａで反射するために、光の取り出し効率が低くなる。したがって、黒色部材３ａの距離Ｌは蛍光体２の膜厚の５倍以下が好ましい。
【００７５】
次に、開口率と明所コントラストとの関係について説明する。
【００７６】
開口率が大きすぎると明所コントラストを向上させる効果が小さくなる。しかしながら、開口率を余り小さくしすぎても、光の取り出し効率が低下してしまう。
【００７７】
明所コントラスト向上の効果は、電子ビーム照射領域６における開口率が９０％ぐらいから効果が見え始め、７０％より低いと顕著に表れる。一方、電子ビーム照射領域６における開口率が３０％より低いと光の取り出し効率が下がり、２０％より低いと輝度が低くなりすぎる。したがって開口率は２０％以上９０％以下の範囲内、好ましくは３０％以上７０％以下の範囲内とすることにより、明所コントラストを良好に向上させることができる。
【００７８】
図８に、電子ビーム照射領域における開口率に対する、輝度とコントラストとの関係を示すグラフを示す。
【００７９】
開口率が３０％では、輝度は６割程度に低下してしまい、開口率を３０％より低くすると暗くなりすぎる。逆に開口率が７０％程度では明所コントラスト向上の効果が３割程度と小さくなってしまう。
【００８０】
以上、表面伝導型電子放出素子を用いた電子線ディスプレイについて本発明を具体的に説明した。なお、他の電子放出素子を用いたディスプレイにおいても本発明は好適に用いることができる。他の電子放出素子を用いたときには、それに応じた電子ビームの照射領域が形成される。スピント型であれば多数のスポットにより形成され、シャドウマスクを用いたＣＲＴであればシャドウマスクの開口の部分にとほぼ同様の形状をしたシャープな電流密度プロファイルになる。その際にも、電子ビームの照射領域に対し明所コントラストを向上するために、開口の形状を決めることにより明所コントラストを大幅に向上できる。
【００８１】
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明を詳しく説明する。
（実施例１）
本実施例は、図１に示される黒色部材を有する電子線ディスプレイを製造した。
【００８２】
まず、本発明の特徴を示すフェイスプレート１の作製方法について説明する。
［工程１：黒色部材の形成］
ソーダライムガラスの基板上についてアニール処理を行うとともに洗浄した。その後、黒色部材３となる黒色ペーストを厚さ５μｍとなるように全面に塗布した。本実施例では黒色ペーストとして感光剤を混合したカーボンブラックを用いた。塗布後、図１（ａ）に示すようなサブピクセルあたり複数の開口８を有するような形状になるように露光を行い、現像し所望のパターンを得た。なお、ＲＧＢ正方画素のピッチが４５０μｍ（サブピクセルの大きさがＸ方向１５０μｍ、Ｙ方向４５０μｍ）とした。また、サブピクセルの中の開口８がひとつあたりＸ方向１００μｍ、Ｙ方向２０μｍとし、開口８の間に位置する黒色部材３ａのＹ方向（距離Ｌ）を２０μｍとした。開口８はサブピクセルあたり６箇所をＹ方向に並ぶように配置した。その後４５０度で焼成を行った。
［工程２：反射部材の形成］
次に、反射部材１１として真空蒸着法によりアルミニウムを厚さ３００ｎｍで全面に成膜した。次に、フォトレジストを全面に塗布し、開口８の部分のレジストが除去されるように露光を行った。次に、現像により開口８の部分のレジストを除去し、アルミニウム膜をエッチングで除去した後に、残ったレジストを剥離した。
［工程３：蛍光体の形成］
次に、ＲＧＢの蛍光体２をスクリーン印刷法により形成した。使用した蛍光体２は、化成オプト社製のＰ２２蛍光体であり、赤：Ｐ２２ＲＥ３（Ｙ2Ｏ2Ｓ）、緑Ｐ２２ＧＮ４（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ）、青＝２２Ｂ２（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）を用いた。それぞれの蛍光体２の平均粒径は７μｍであり、蛍光体ドット２０の平均膜厚が１５μｍになるように形成した。その後４５０度で焼成を行った。
［工程４：メタルバックの形成］
次に、ＣＲＴの分野で公知であるフィルミング法を用いてメタルバック４を作製した。樹脂中間膜を形成した後、真空蒸着法によりアルミニウムを厚さ１００ｎｍで形成した。その後４５０度で焼成を行い、樹脂中間膜を除去した。
［工程５：真空容器の形成］
以上の工程を経てフェイスプレート１を作製し、リアプレート９と組み合わせて真空容器を形成し、電子線ディスプレイとしての動作を確認した。なお、リアプレート９および電子放出素子１０の作製方法については説明を省略する。
【００８３】
ここで、本実施例において使用した表面伝導型電子放出素子の構成について説明する。
【００８４】
図９は本実施例のリアプレートの構成の一部を示す平面図である。リアプレート９には、線順次駆動する際の走査線１３と、信号線１４が形成され、層間絶縁層１６で絶縁されている。また、走査線１３と信号線１４には、それぞれ電子放出素子１０に給電するための電極１５が接続されている。なお電子放出素子１０のナノギャップ長さＬＧは１００μｍとした。また、フェイスプレート１とリアプレート９の距離は２ｍｍとした。作製した画像表示パネルを素子駆動電圧１６Ｖ、加速電圧１０ｋＶで駆動した際の電子ビームによる発光領域は図１（ａ）に示すとおりになった。
【００８５】
作製した電子線ディスプレイの輝度を測定したところ、４５０ｃｄ／ｍ2であった。また、室内照度３００ｌｘの時の拡散反射率を測定したところ３％であり、明所コントラストは３００程度であった。
（実施例２）
本実施例は、反射部材１１として白色材料を用いた例である。ただし、開口８の形状や蛍光体２・メタルバック４の製法などは実施例１と同様であるため、説明を省略する。
［黒色部材および反射部材の形成］
ソーダライムガラスの基板上についてアニール処理を行うとともに洗浄した。その後、黒色部材３となる黒色ペーストを厚さ５μｍになるように全面に塗布した。本実施例では黒色ペーストとして感光剤・バインダー樹脂・黒色顔料・低融点ガラスフリットを混合したペーストを用いた。
【００８６】
次に、白色ペーストを厚さ５μｍになるように全面に塗布した。本実施例では白色ペーストとして、感光剤、アルミナ、低融点ガラスフリットを混合したペーストを用いた。
【００８７】
白色ペーストを積層して塗布した後、乾燥を行い、所望の形状になるように露光を行い、現像し図１（ａ）に示すようなパターンを得た。その後４５０度で焼成を行った。
【００８８】
その後、実施例１と同様の手段で蛍光体およびメタルバックを形成した。
【００８９】
作製した電子線ディスプレイの輝度を測定したところ、４２０ｃｄ／ｍ2であった。また、室内照度３００ｌｘの時の拡散反射率を測定したところ３％であり、明所コントラストは２８０程度であった。
（比較例）
次に比較例として、図１０に示す、電子ビーム照射領域６の全体を覆う開口８が形成された黒色部材３を作製した。作製方法などは実施例１と同様であり、開口８の形状のみが異なる。開口８はサブピクセルあたりひとつであり、電子ビーム照射領域６を内包する長方形とした。開口の寸法はＸ方向１００μｍ、Ｙ方向２２０μｍとした。
【００９０】
作製した電子線ディスプレイの輝度を測定したところ、５００ｃｄ／ｍ2であった。また、室内照度３００ｌｘの時の拡散反射率を測定したところ６％であり、明所コントラストは１７０程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の電子線ディスプレイの模式的な平面図及び断面図である。
【図２】電子ビーム照射領域および強度プロファイルを示す図である。
【図３】開口が、発光した蛍光体に対して片側に一つのみ形成された黒色部材を有するフェイスプレートにおける、蛍光体から出射された光の進行状態を模式的に示した図である。
【図４】開口が、発光した蛍光体に対して両側、あるいは周囲に形成された黒色部材を有するフェイスプレートにおける、蛍光体から出射された光の進行状態を模式的に示した図である。
【図５Ａ】本発明の効果を得ることができる形状の開口が形成された黒色部材の例を示す模式的な平面図である。
【図５Ｂ】開口のアスペクト比を説明する図である。
【図６】反射部材を備えた黒色部材を有するフェイスプレートの模式的な側断面図である。
【図７】黒色部材で遮光された距離を短くする際に適した形状について説明するための図である。
【図８】電子ビーム照射領域における開口率に対する、輝度とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施例におけるリアプレートの構成の一部を示す平面図である。
【図１０】比較例としての電子線ディスプレイの模式的な平面図および断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ フェイスプレート
２ 蛍光体
３ 黒色材料
４ メタルバック
６ 電子ビーム照射領域
８ 開口
１０ 電子放出素子
２０ 蛍光体ドット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、メタルバックと、該メタルバックを介して前記電子源と対向し、該電子源より放出される電子ビームの照射によって発光する蛍光体ドットと、該蛍光体ドットの形成された領域内に開口を有し、前記蛍光体ドットを介して前記電子源に対向して配置された黒色部材とを有するフェイスプレートと、を備える電子線ディスプレイにおいて、
前記電子源から放出される電子ビームの照射領域が、前記蛍光体ドットより小さく、前記照射領域内に前記黒色部材の一部が位置し、前記開口の少なくとも一部は、前記照射領域の外側に位置することを特徴とする電子線ディスプレイ。
【請求項２】
前記開口を複数有し、該複数の開口の少なくとも一つは、前記照射領域の外側に位置する、請求項１に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項３】
前記複数の開口は、互いに所定の距離を空けて配置されている、請求項２に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項４】
前記開口の各形状は長方形である、請求項２または３に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項５】
前記所定の距離は、前記蛍光体ドットの膜厚の５倍以下である、請求項３に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項６】
前記照射領域内における、前記複数の開口の開口率が３０％以上７０％以下の範囲内である、請求項２ないし５のいずれか１項に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項７】
前記黒色部材のうち、少なくとも前記照射領域内に位置する前記黒色部材の前記蛍光体ドットに対向する側に、前記蛍光体ドットを構成する蛍光体からの光を反射する反射部材が形成されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項８】
前記反射部材は金属膜である、請求項７に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項９】
前記反射部材は白色の材料からなる、請求項７に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項１】
電子源と、メタルバックと、該メタルバックを介して前記電子源と対向し、該電子源より放出される電子ビームの照射によって発光する蛍光体ドットと、該蛍光体ドットの形成された領域内に開口を有し、前記蛍光体ドットを介して前記電子源に対向して配置された黒色部材とを有するフェイスプレートと、を備える電子線ディスプレイにおいて、
前記電子源から放出される電子ビームの照射領域が、前記蛍光体ドットより小さく、前記照射領域内に前記黒色部材の一部が位置し、前記開口の少なくとも一部は、前記照射領域の外側に位置することを特徴とする電子線ディスプレイ。
【請求項２】
前記開口を複数有し、該複数の開口の少なくとも一つは、前記照射領域の外側に位置する、請求項１に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項３】
前記複数の開口は、互いに所定の距離を空けて配置されている、請求項２に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項４】
前記開口の各形状は長方形である、請求項２または３に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項５】
前記所定の距離は、前記蛍光体ドットの膜厚の５倍以下である、請求項３に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項６】
前記照射領域内における、前記複数の開口の開口率が３０％以上７０％以下の範囲内である、請求項２ないし５のいずれか１項に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項７】
前記黒色部材のうち、少なくとも前記照射領域内に位置する前記黒色部材の前記蛍光体ドットに対向する側に、前記蛍光体ドットを構成する蛍光体からの光を反射する反射部材が形成されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項８】
前記反射部材は金属膜である、請求項７に記載の電子線ディスプレイ。
【請求項９】
前記反射部材は白色の材料からなる、請求項７に記載の電子線ディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２５２４４０（Ｐ２００９−２５２４４０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９７０２５（Ｐ２００８−９７０２５）
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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