JP2003178703A - 平面ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents
平面ディスプレイ及びその製造方法Info
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Abstract
ィスプレイを提供する。 【解決手段】 少なくとも一部が透光性を有するフロン
トガラス103とこのフロントガラス103に対向配置
されたガラス基板101とを含みかつ内部が真空排気さ
れた外囲器と、この外囲器内のガラス基板101上に配
置された陰極110と、この陰極110から離間して配
置されたゲート電極121と、フロントガラス103の
ガラス基板101との対向面上に積層配置されたメタル
バック膜106および蛍光体膜105B,105G,1
05Rとを備えた平面ディスプレイにおいて、陰極11
0をガラス基板101面に配置されたメッシュ状金属部
材111と、このメッシュ状金属部材111のメッシュ
状開口部内に充填されたカーボンナノチューブを含む導
電膜からなる電子放出部112から構成する。
Description
放出源から放出された電子を蛍光体に衝突させて発光さ
せる平面ディスプレイとその製造方法に関する。
y)や平型蛍光表示管のような、陰極となる電子放出源
から放出された電子を対向電極に形成された蛍光体から
なる発光部に衝突させて発光させるフラットパネル(平
面)ディスプレイにおいて、電子放出源にカーボンナノ
チューブを用いたものがいろいろと提案されている。こ
のようなカーボンナノチューブを電子放出源とする平面
ディスプレイの1つとして、基板上に形成した陰極配線
層の上にカーボンナノチューブを含むペーストを印刷し
て陰極としたものが提案されている。
ンナノチューブを含むペーストを印刷して陰極を形成す
る従来の平面ディスプレイでは、印刷で形成される陰極
ごとの厚さがばらついたり、表面にうねりが生じて陰極
が平坦とならないといった問題があった。このため、平
行電界を作用させて電界電子放出を得ようとすると、陰
極間や陰極面内において電界が均一に印加されずに電子
の放出量が不均一となり、輝度むらの原因となってい
た。また、局部的な電子放出が生じて電子放出量が不安
定となり、輝度変動の生じる原因となっていた。この発
明は、前述した課題を解決するためになされたものであ
り、カーボンナノチューブを含むペーストの印刷によっ
て陰極を形成する平面ディスプレイにおいて、輝度むら
のない一様で安定した輝度を実現することを目的とす
る。
ために、本発明に係る平面ディスプレイは、少なくとも
一部が透光性を有するフロントガラスとこのフロントガ
ラスに対向配置された基板とを含みかつ内部が真空排気
された外囲器と、この外囲器内の基板上に配置された陰
極と、この陰極から離間して配置されたゲート電極と、
フロントガラスの基板との対向面上に積層配置された陽
極および蛍光体層とを備えた平面ディスプレイにおい
て、この発明は、陰極が基板面に配置されたメッシュ状
の金属部材と、この金属部材のメッシュ状開口部内に充
填されたカーボンナノチューブを含む充填材とからなる
ことによって特徴づけられる。
ゲート電極が金属部材上に載置された絶縁スペーサに支
持されている。また、前述した平面ディスプレイの別の
構成例は、陰極が帯状で互いに平行に複数配置されてお
り、ゲート電極が帯状で陰極の配置方向と直交する方向
に複数配置されている。これらの場合、ゲート電極は、
絶縁スペーサの頂部に配置した導電膜で構成してもよい
し、メッシュ状開口部内に充填されたカーボンナノチュ
ーブを含む充填材の上方に配置され、絶縁スペーサで支
持されたメッシュ状の金属部材で構成してもよい。
製造方法は、前述した平面ディスプレイの製造方法にお
いて、陰極の形成工程が、基板面にメッシュ状の金属部
材を密着配置する工程と、この金属部材のメッシュ状開
口部内にカーボンナノチューブを含む充填材を充填する
工程とを有することによって特徴づけられる。この場
合、陰極の形成工程の一構成例は、金属部材のメッシュ
状開口部内にカーボンナノチューブを含む充填材を充填
する工程において、金属部材上にメッシュ状開口部に対
応する印刷パターンを有する印刷スクリーンを密着させ
た状態でカーボンナノチューブを含む充填材を印刷す
る。
形態を説明する。本実施の形態にかかる平面ディスプレ
イは、平面視略矩形のガラス基板と、このガラス基板に
対向配置される平面視略矩形の透明なフロントガラス
と、これらの周縁部に配置された枠状のスペーサガラス
とからなる外囲器を有する。この場合、ガラス基板とフ
ロントガラスは、周縁部において枠状のスペーサガラス
を介して対向配置され、低融点のフリットガラスでそれ
ぞれスペーサガラスに接着されて外囲器を構成してお
り、外囲器は10-5Pa台の真空度に保持されている。
ここで、外囲器を構成するガラス基板、フロントガラス
及びスペーサガラスは、低アルカリソーダガラスを用い
ており、ガラス基板とフロントガラスは厚さ1〜2mm
の板ガラスを使用している。
ィスプレイを示す構成図であり、同図において(a)は
画素の構成を示す部分斜視断面図、(b)は陰極の詳細
を示す拡大断面図である。また、図2は電極の構成を示
す部分断面図であり、図1の矢印Aの示す方向から見た
図である。これらの図において、ガラス基板101の一
方の面に複数の基板リブ102が互いに平行に所定間隔
で垂設されており、ガラス基板101上の基板リブ10
2に挟まれた領域に陰極110が基板リブ102と同じ
高さで帯状に配置されている。基板リブ102は、低融
点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さに
なるまでガラス基板101上に繰り返しスクリーン印刷
した後、焼成して形成した矩形断面の絶縁体で構成され
ている。
111と、メッシュ状金属部材111のメッシュ状開口
部内に形成された電子放出部112とから構成されてい
る。電子放出部112は、図1(b)に示すように、メ
ッシュ状開口部内及びメッシュ状開口部間での厚さがほ
ぼ均一で、かつ表面がメッシュ状開口部から突出しない
ように形成されている。電子放出部112とゲート電極
となる導電膜121との間隔を絶縁スペーサ120の厚
さのみで規定できるようにするため、基板リブ102の
高さは、メッシュ状金属部材111と同じか又は低く構
成されている。なお、基板リブ102の高さは、隣接す
るメッシュ状金属部材111間で放電が発生するのを防
止するため、メッシュ状金属部材111と同じか低くと
も0.05mm低い程度とすることが望ましい。この実
施の形態では、幅を0.05mmとし、前述したよう
に、メッシュ状金属部材111と基板リブ102の高さ
が等しくなるように構成している。また、基板リブ10
2間を1〜2mmピッチとしている。
れる透明なフロントガラス103のガラス基板101に
対向する面には、基板リブ102および陰極110と直
交する方向に所定間隔で複数の前面リブ104が垂設さ
れている。フロントガラス103の前面リブ104に挟
まれた領域には蛍光体膜105B,105G,105R
が帯状に配置されており、これらの蛍光体膜のガラス基
板101に対向する面には陽極となるメタルバック膜1
06が形成されている。前面リブ104は、低融点のフ
リットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるま
でフロントガラス103内面の所定位置に繰り返しスク
リーン印刷した後、焼成して形成した矩形断面の絶縁体
で構成されている。
は、所定の発光色を有する蛍光体で構成されており、フ
ロントガラス103の内面に各色の蛍光体ペーストをス
トライプ状にスクリーン印刷した後、焼成して蛍光体膜
に形成したものである。この場合、蛍光体膜には、赤
(R)に用いる赤色発光蛍光体を用いた赤色発光蛍光体
膜105R、緑(G)に用いる緑色発光蛍光体を用いた
緑色発光蛍光体膜105G及び青(B)に用いる青色発
光蛍光体を用いた青色発光蛍光体膜105Bがあり、こ
れらの蛍光体膜は前面リブ104に挟まれて、赤色発光
蛍光体膜105R、緑色発光蛍光体膜105G、青色発
光蛍光体膜105Bの順番で所定数が配置されている。
蛍光体膜105R,105G,105Bにはブラウン管
等で一般的に使用されている、4〜10KVの高電圧で
加速した電子を衝突させることで発光する周知の酸化物
蛍光体や硫化物蛍光体を用いることができる。ここで
は、カラー表示用に赤(R)、緑(G)、青(B)の三
原色を発光するため3種類の蛍光体膜を用いたが、これ
に限られるものではなく、モノクロ表示用に1種類の蛍
光体膜を用いるようにしてもよい。メタルバック膜10
6は、厚さ0.1μm程度のアルミニウム薄膜から構成
されており、周知の蒸着法を用いて蛍光体膜の表面に形
成される。
2および陰極110とフロントガラス103の前面リブ
104との間には断面矩形の絶縁スペーサ120が設け
られている。絶縁スペーサ120は、電子通過用のスリ
ットを所定ピッチで設けた厚さ0.3mmのアルミナ基
板で構成されており、スリットの開口はレーザ光を使用
している。なお、絶縁スペーサ120は、アルミナ基板
に限られるものではなく、他のセラミック基板やガラス
基板を用いてもよい。また、絶縁スペーサ120の厚さ
やスリット幅を必要に応じて変えてよいことは言うまで
もない。絶縁スペーサ120は、前面リブ104と1対
1に対応し、かつ対応する前面リブ104と中心線が一
致するように配置されている。
4とメッシュ状金属部材111に挟まれており、大気圧
により押しつけられて固定されている。また、この絶縁
スペーサ120は、前面リブ104よりも広い幅を有
し、前面リブ104を介してフロントガラス103を支
持するとともにゲート電極121を陰極110から離間
して支持するものである。本実施の形態においては、前
面リブ104の端面よりも広く構成された絶縁スペーサ
120の前面リブ104と接する面上の前面リブ104
が接する領域の外側に、帯状のゲート電極121が形成
されている。
121とメタルバック膜106の間が2.0〜4.0m
mとなる高さを有するように形成され、リブ間隔は基板
リブ102と同じピッチに設定されている。なお、前面
リブ104は、これに限られるものではなく、前面リブ
104の幅は隣接するメタルバック膜106間やゲート
電極121間で絶縁破壊が起こらず、かつ大気圧を支え
られる程度であればよく、高さはメタルバック膜106
に印加する陽極電圧に合わせて変更してもよい。また、
リブ間隔も必要に応じて変更してもよい。
の前面リブ104と接する面の前面リブ104が接する
領域の外側に配置された帯状の導電膜から構成されてい
る。この導電膜は、絶縁スペーサ120上に10μm程
度の厚さとなるように銀あるいはカーボンを導電材料と
して含んだ導電性ペーストをストライプ状にスクリーン
印刷した後、焼成することにより形成される。なお、こ
の実施の形態では、絶縁スペーサ120上に設けた帯状
の導電膜でゲート電極121を構成したが、ゲート電極
121は、これに限られるものではない。例えば、梯子
状やメッシュ状の金属薄板を蛍光体膜105B,105
G,105Rに対向して配置し、電子放出部112から
離間するように絶縁スペーサ120で支持するようにし
てもよい。
属部材111は、外囲器を貫通して外部へ突出してお
り、外部から陰極電圧を供給する陰極用リードを兼ねて
いる。各ゲート電極121は、外囲器を貫通するゲート
電極用リード(図示せず)と個々に接続されており、外
部から各ゲート電極121にそれぞれ制御用の所定電圧
が印加可能に構成されている。メタルバック膜106
は、外囲器を貫通する1つの陽極用リード(図示せず)
に接続されており、外部からメタルバック膜106に電
子加速用の陽極電圧が印加可能に構成されている。
111は、正六角形の網目を有するメッシュ状の金属薄
板であり、例えば、厚さ0.1〜0.15mmのステン
レス板をエッチング加工し、開口部の形状が正六角形
で、開口径(対辺間の距離)が0.1〜1.0mmの貫
通孔を網目状に設けたものである。なお、メッシュ状金
属部材111の開口部の形状は正六角形に限られるもの
ではない。例えば、メッシュ状金属部材111を四角形
の貫通孔が一定間隔で設けられた梯子状としてもよい。
また、開口部の形状を三角形や四角形などの多角形やこ
れら多角形の角を丸めたもの、あるいは円形やだ円形な
どとしてもよい。
放出する電界放出型電子放出源であり、メッシュ状金属
部材111の開口部に充填された導電膜と、導電膜から
露出した多数のカーボンナノチューブによって構成され
ており、それぞれのカーボンナノチューブが電子放出源
として動作する。カーボンナノチューブは、グラファイ
トの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が
形成された構造をしており、その直径は4〜50nmと
微小のため、100V程度の電界を印加することにより
電子を電界放出させることができる。なお、カーボンナ
ノチューブには単層のものと、複数のグラファイトの層
が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が
円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものとがある
が、どちらを用いてもよい。また、構造が乱れて欠陥を
もつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が
詰まったグラファイトチューブを用いてもよい。
のように構成したので、陰極110とゲート電極121
との間に、ゲート電極121側が正の電位となるように
電位差を設けることにより、ゲート電極121と陰極1
10が交差した部分にある電子放出部112のカーボン
ナノチューブに電界が集中し、高電界となったカーボン
ナノチューブの先端から電子が放出される。このため、
メタルバック膜106に正電圧(加速電圧)が印加され
ていると、電子放出部112から放出された電子がメタ
ルバック膜106に向かって加速され、さらにメタルバ
ック膜106を透過して蛍光体膜105B,105G,
105Rに衝突して蛍光体膜が発光させられる。
向に所定数設け、陰極110を列方向に所定数設けて、
メタルバック膜141に正電圧(加速電圧)を印加した
状態で、1行目のゲート電極121に所定の正電圧を印
加しておいて、陰極110に1列目から所定列目まで発
光させるアドレスで所定の負電圧が印加されるように順
次走査し、これを1行目から所定行目のゲート電極12
1まで行うことにより、ドットマトリクス表示すること
ができる。この場合、電圧を印加しない陰極110とゲ
ート電極121は0Vにしておくか、ゲート電極121
に陰極110に対して数V程度の負のバイアス電圧を印
加して表示アドレス以外の電子放出部112より電子が
放出されないようにしておく。
正電圧とし、発光させる場合は0Vととし、発光させな
い場合は正電圧とするようにしてもよい。この場合、ゲ
ート電極121は、アクティブな行を正電圧に保ち、他
の行を0V又は数V程度の負のバイアス電圧を印加し
て、表示アドレス以外の電子放出部112より電子が放
出されないようにしておく。この実施の形態では、メタ
ルバック膜106に印加する電圧を6KV、ゲート電極
121に印加する電圧を500Vと0V、基板電極12
1に印加する電圧を500Vと0Vとした。この場合、
負電圧を用いないので負電圧電源が不要となり、コスト
低減の効果が得られる。
形成する工程を中心に本実施の形態に係る平面ディスプ
レイの製造方法について説明する。 [陰極の形成]最初に、図3(a)に示すように、ガラ
ス基板101上に所定間隔で基板リブ102を形成す
る。この場合、基板リブ102は、低融点のフリットガ
ラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでガラス
基板101上に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成し
て形成する。
102間にガラス基板101と密着させて前述したメッ
シュ状金属部材111を配置した後、図3(c)に示す
ように、メッシュ状金属部材111に印刷スクリーン1
15を密着させた状態とし、スクリーン印刷によってカ
ーボンナノチューブを含む導電性ペースト116をメッ
シュ状金属部材111のメッシュ状開口部に充填する。
この場合、印刷スクリーン115は、メッシュ状金属部
材111のメッシュ状開口部に1対1で対応する印刷パ
ターン117を有する。この印刷パターン117は、メ
ッシュ状開口部の形状に相似した平面形状で、メッシュ
状開口部と同じか又は所定の割合で縮小した大きさとな
るように構成されている。
ペーストは、カーボンナノチューブを主成分とする長さ
数10μmの針形状のバンドル(柱状グラファイト)と
銀ペースト(導電性を有する粘性溶液)とを1:1の混
合比で混練したものを用いる。ここで、銀ペーストは、
粒径1μm程度の銀粒子(金属粒子)が粒径1μm程度
のガラス粒子とともに、樹脂を溶剤に溶解した粘性のあ
るビヒクルに分散されている流動性を有するペーストで
ある。また、ビヒクルとしては、分解および揮発性のよ
い材料を用い、例えば、大気空気中で300〜400℃
程度で加熱することで除去できるものである。また、ガ
ラス粒子は、300〜400℃程度で溶融するものを用
いる。
例えば、450℃程度に所定時間加熱することでメッシ
ュ状開口部に充填されたカーボンナノチューブを含む導
電性ペーストを焼成する。これにより、メッシュ状開口
部内にバンドルを含む導電膜が形成される。この導電膜
は、開口径が0.1〜1.0mm程度の狭い空間で形成
されるため、焼成時の加熱によりガラス粒子が溶融した
際に表面にうねりが生じることがなく、表面が均一に平
坦化される。このため、厚さのばらつきが少なく平坦な
導電膜が得られる。
表面の銀粒子やバインダーを選択的に蒸発させて除去す
ることによってバンドルを露出させるとともに、バンド
ル表面のカーボンナノチューブ以外の炭素成分である炭
素の多面体粒子を選択的に除去することによってカーボ
ンナノチューブだけが均一に露出した状態とする。これ
により、図3(d)に示すように、ガラス基板101上
に多数のカーボンナノチューブによって構成された電子
放出部112を有する陰極110が形成される。
トガラス103に蛍光体膜105B,105G,105
Rとメタルバック膜106と前面リブ104とを前述し
た方法で形成する。また、アルミナ基板に前述した方法
でスリットを設けて絶縁スペーサ120を形成するとと
もに、前述した方法でゲート電極121を形成する。次
に、図4で示すように、陰極110を形成したガラス基
板101に、ゲート電極121を形成した絶縁スペーサ
120を、ゲート電極121を上方に向けて載置する。
このとき、絶縁スペーサ120は、ゲート電極121が
陰極110と直交するように配置する。
ペーサガラス(図示せず)を載置した後、スペーサガラ
ス上に蛍光体膜105B,105G,105Rとメタル
バック膜106と前面リブ104とを形成したフロント
ガラス103を載置する。このとき、フロントガラス1
03は、個々の前面リブ104の端面が個々の絶縁スペ
ーサ120上の帯状のゲート電極121に挟まれた領域
と接するように配置する。次に、ガラス基板101とフ
ロントガラス103とスペーサガラスとを低融点のフリ
ットガラスにより接着固定し、外囲器を形成する。次
に、スペーサガラスに設けられた排気口を真空ポンプに
接続して外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排
気口を封着する。
ザ光を照射してカーボンナノチューブを露出させたが、
カーボンナノチューブを露出させる方法は、レーザ光照
射に限られるものではない。例えば、プラズマを用いた
選択的なドライエッチングを用いるようにしてもよい。
また、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストに銀
ペーストを用いるようにしたが、これに限るものではな
く、他の導電性ペーストを用いるようにしてもよい。例
えば、銀と銅の合金からなる粒子をもちいた導電性ペー
ストを用いるようにしてもよい。また、導電性ポリマー
を用いるようにしてもよい。また、外囲器を構成する基
板にガラス基板を用いたが、これに限られるものではな
く、例えばセラミック基板などを用いてもよい。
方法によれば、電子放出源となるカーボンナノチューブ
を含む導電膜を均一な厚さに加工されるメッシュ状金属
部材111のメッシュ状開口部内に形成するため、導電
膜が平坦化されるとともに、膜厚が均一になるので、カ
ーボンナノチューブに印加される電界が均一になり、電
界放出電子が場所によらず同程度に放出される。このた
め、均一な電界電子放出が得られるので、画素によらず
一様な輝度が得られる平面ディスプレイの製造が可能と
なる。
くとも一部が透光性を有するフロントガラスとこのフロ
ントガラスに対向配置された基板とを含みかつ内部が真
空排気された外囲器と、この外囲器内の基板上に配置さ
れた陰極と、この陰極から離間して配置されたゲート電
極と、フロントガラスの基板との対向面上に積層配置さ
れた陽極および蛍光体層とを備えた平面ディスプレイに
おいて、陰極が基板面に密着配置されたメッシュ状の金
属部材と、この金属部材のメッシュ状開口部内に充填さ
れたカーボンナノチューブを含む充填材とから構成され
るので、電子放出源となる個々のカーボンナノチューブ
に印加される電界が均一になり、均一な電界電子放出が
得られるので、輝度むらのない一様で安定した輝度を実
現することが可能となる。
の製造方法は、陰極の形成工程が基板面にメッシュ状の
金属部材を密着配置する工程と、この金属部材のメッシ
ュ状開口部内にカーボンナノチューブを含む充填材を充
填する工程とを有するため、電子放出源となるカーボン
ナノチューブを含む充填材の表面を平坦化することがで
きるとともに、厚さを均一化できる。このため、この製
造方法によれば、個々のカーボンナノチューブに印加さ
れる電界が均一化され、均一な電界電子放出が得られる
陰極を製造できるので、輝度むらのない一様で安定した
輝度の平面ディスプレイを製造することができる。
イを示す構成図である。
ある。
明図である。
図である。
ントガラス、104…前面リブ、105B…青色発光蛍
光体膜、105G…緑色発光蛍光体膜、105R…赤色
発光蛍光体膜、106…メタルバック膜、110…陰
極、111…メッシュ状金属部材、112…電子放出
部、115…印刷スクリーン、116…カーボンナノチ
ューブを含む導電性ペースト、117…印刷パターン、
120…絶縁スペーサ、121…ゲート電極。
Claims (5)
- 【請求項1】 少なくとも一部が透光性を有するフロン
トガラスとこのフロントガラスに対向配置された基板と
を含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器
内の前記基板上に配置された陰極と、この陰極から離間
して配置されたゲート電極と、前記フロントガラスの前
記基板との対向面上に積層配置された陽極および蛍光体
層とを備えた平面ディスプレイにおいて、 前記陰極は、 前記基板面に配置されたメッシュ状の金属部材と、 この金属部材のメッシュ状開口部内に充填されたカーボ
ンナノチューブを含む充填材とからなることを特徴とす
る平面ディスプレイ。 - 【請求項2】 請求項1記載の平面ディスプレイにおい
て、 前記ゲート電極は、 前記金属部材上に載置された絶縁スペーサに支持されて
いることを特徴とする平面ディスプレイ。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の平面ディ
スプレイにおいて、 前記陰極は、帯状で互いに平行に複数配置されており、 前記ゲート電極は、帯状で前記陰極の配置方向と直交す
る方向に複数配置されていることを特徴とする平面ディ
スプレイ。 - 【請求項4】 少なくとも一部が透光性を有するフロン
トガラスとこのフロントガラスに対向配置された基板と
を含みかつ内部が真空排気された外囲器と、この外囲器
内の前記基板上に配置された陰極と、この陰極から離間
して配置されたゲート電極と、前記フロントガラスの前
記基板との対向面上に積層配置された陽極および蛍光体
層とを備えた平面ディスプレイの製造方法において、 前記陰極の形成工程は、 前記基板面にメッシュ状の金属部材を密着配置する工程
と、 この金属部材のメッシュ状開口部内にカーボンナノチュ
ーブを含む充填材を充填する工程とを有することを特徴
とする平面ディスプレイの製造方法。 - 【請求項5】 請求項4記載の平面ディスプレイの製造
方法において、 金属部材のメッシュ状開口部内にカーボンナノチューブ
を含む充填材を充填する工程は、前記金属部材上に前記
メッシュ状開口部に対応する印刷パターンを有する印刷
スクリーンを密着させた状態でカーボンナノチューブを
含む充填材を印刷することを特徴とする平面ディスプレ
イの製造方法。
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