JP2005166631A - 平板表示素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第２基板に対する金属膜の付着強度を高めてスペーサ形成領域で金属膜が損傷することを抑制し，スペーサの付着力を向上させ，蛍光膜の固定効果を高めることができる平板表示素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は，第２基板に対する金属膜の付着強度を高めてスペーサ形成領域で金属膜が損傷されることを抑制し，蛍光膜の固定効果を高めることができる平板表示素子に関し，任意の間隔をおいて対向配置される第１基板および第２基板と；第１基板に設けられる電子放出源と；電子放出源から電子を放出させるための電子放出電極と；第２基板上に位置する蛍光膜と；蛍光膜を覆いながら第２基板上に形成される金属膜を含み，金属膜が第２基板上に設定される非発光領域に対応して第２基板との間にギャップを置かずに形成される平板表示素子とその製造方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，平板表示素子に関し，より詳しくは，前面基板に設けられた蛍光膜上に配置されて，画面の輝度を高める金属膜を備えた平板表示素子およびその製造方法に関する。

平板表示素子の一種である電界放出表示装置（ＦＥＤ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）は，後面基板上に電子放出源であるエミッタと，エミッタから電子を放出させるための電極群，つまり，カソード電極とゲート電極を形成し，後面基板に対向する前面基板の第一の面に蛍光膜を形成した構成からなる。

したがって，電界放出表示装置は，カソード電極とゲート電極の電圧の差を利用してエミッタの周囲に電界を形成してエミッタから電子を放出させ，放出された電子が蛍光膜に衝突してこれを発光させることによって所望の映像を表示する。この過程でエミッタから放出された電子群を蛍光膜に引き寄せるためには蛍光膜が位置する前面基板の第一の面を高電位状態に維持しなければならない。

このために，通常の平板表示素子では，前面基板と蛍光膜との間に透明導電膜，例えば，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）膜からなるアノード電極を形成して，ここに数百〜数千ボルトの（＋）電圧を印加している。

さらに，前述した構成に加えて，蛍光膜の表面に金属膜（主にアルミニウム薄膜）を形成することによって，画面の輝度を高めようとする努力が行われており，これと関連した従来技術としては特開平１０−１２５２６２号公報に開示されたフィールドエミッションディスプレイ装置および特開平１０−３２１１６９号公報に開示された電界放出型ディスプレイ装置がある。一方，前面基板に透明導電膜を形成せずに，前記金属膜に数百〜数千ボルトの（＋）電圧を印加して金属膜をアノード電極として使用する方法も試みられている。

しかし，蛍光膜は数μｍサイズの蛍光体粒子群が積層された形態に構成され，金属膜は，電子透過度などを考慮して数十ｎｍ程度の薄さで形成されなければならないので，蛍光膜の表面に金属物質を直接蒸着する場合には，金属物質を蛍光体の粒子表面に均一に蒸着できず，中間で途切れる現象が発生するため，金属膜を形成しがたいという問題がある。

したがって，従来は図８Ａに示したように，アノード電極１と蛍光膜３が形成された前面基板５の内面に表面平坦化層，すなわち，フィルミング層７を形成し，フィルミング層７上にアルミニウムを蒸着して金属膜９を形成している。また，黒色層１１が蛍光膜３の間に配置されることにより，画面のコントラストを高めることができる。さらに，スペーサ１３が黒色膜１１の上方の金属膜９上に配置されることにより，前面基板５と後面基板（図示せず）の間隔を一定に維持させることができる。

特開平１０−１２５２６２号公報 特開平１０−３２１１６９号公報

しかし，前述したフィルミング層７を前面基板５上に残すことはできず，焼成によって除去されるため，図８Ｂに示すように，焼成後の金属膜９は，蛍光膜３および黒色膜１１から所定の間隔で分離されて配置される。したがって，前面基板５に対する金属膜９の付着強度が顕著に低下して，安定な金属膜９を得ることが難しい。

その結果，従来は，金属膜９とスペーサ１３の接触によって，スペーサ１３形成領域にある金属膜９が簡単に傷つけられ，スペーサ１３の付着力が低下するため，前面基板５と後面基板の間を一定に維持することができないことがある。さらに，焼成後には蛍光膜３の付着力も低下するが，前述した金属膜９では付着力が弱くなった蛍光膜３を支持しようとしても機能上の限界がある。

したがって，本発明は，上記問題点を解消するためのものであって，本発明の目的は，前面基板に対する金属膜の付着強度を高めてスペーサ形成領域で金属膜が傷つくことを抑制することにより，スペーサの付着力を向上させ，蛍光膜の固定効果を高めることができる平板表示素子およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明は，任意の間隔をおいて対向配置される第１基板および第２基板と，第１基板に設けられる電子放出源と，電子放出源から電子を放出させるための電子放出電極と，第２基板上に位置する蛍光膜と，蛍光膜を覆いながら第２基板上に形成される金属膜とを含み，金属膜が第２基板上に設定される非発光領域に対応して第２基板との間にギャップを置かずに形成される平板表示素子を提供する。

上記平板表示素子は，非発光領域に対応して第１基板と第２基板の間に位置する少なくとも一つのスペーサをさらに含み，金属膜は，スペーサ形成部位に対応して第２基板との間にギャップを置かずに形成されてもよい。

蛍光膜は，複数の赤，緑および青色の蛍光膜と，蛍光膜の間に位置する黒色膜を含む。この場合，金属膜は少なくとも一つの黒色膜上でこの黒色膜とギャップを置かずに形成される。

また，上記平板表示素子は，第２基板と蛍光膜の間に位置する少なくとも一つのアノード電極をさらに含む。この場合，金属膜の一部が，赤，緑および青色の蛍光膜の間のアノード電極または第２基板とギャップを置かずに形成される。

電子放出電極は，絶縁層を間に置いて所定パターン，例えば，互いに交差するパターンとして形成されるゲート電極とカソード電極からなり，電子放出源は，カソード電極に接触する位置に形成される。

また，上記課題を解決するために，本発明は，第２基板上に設定された発光領域に対応してアノード電極上に蛍光膜を形成する段階と，第２基板上に設定された任意の非発光領域を除いて蛍光膜が形成された第２基板の第一の面に表面平坦化層を形成する段階と，表面平坦化層を形成した後，第２基板の第一の面全体に金属膜を形成する段階と，第２基板を焼成して表面平坦化層を除去する段階とを含む平板表示素子の製造方法を提供する。

表面平坦化層を形成する段階は，蛍光膜が形成された第２基板の第一の面全体に感光性表面平坦化層を形成する過程と，表面平坦化層を部分的に露光して，任意の非発光領域を除いた表面平坦化層を選択的に硬化する過程と，硬化しなかった表面平坦化層を除去する過程とを含む。

本発明によると，第２基板に対する金属膜の付着力が強化されて，スペーサ形成領域における金属膜の損傷を抑制し，スペーサの付着力が向上することで第１基板と第２基板の間を一定に維持することができる。そして，第２基板の焼成後，金属膜は，付着力が弱くなった蛍光膜を第２基板に固定させる役割を果たし，安定な構造の金属膜を通じて蛍光膜に蓄積される電荷を容易に放出できるので，蛍光膜の劣化を減少させ，アーク放電現象を低減させることができる。したがって，本発明によれば，電界放出表示装置の画質を向上させることが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本実施形態に係る平板表示素子の平面図であり，図２は，図１のＡ−Ａ線を基準に切断した平板表示素子の部分断面図である。
以下では平板表示素子の一種である電界放出表示装置を例に挙げて説明したが，本発明の平板表示素子は電界表出表示装置に限定されず，多様に変形することができる。

電界放出表示装置は，図２に示すように，第１基板４と第２基板６との間に各種の部材を配置し，エミッタ１４から放出された電子を第２基板６の方に引き寄せて，蛍光膜１８に衝突させて，これを発光させる装置である。通常は，基板面を多数の画素領域に区分し，各画素領域には，エミッタ１４と蛍光膜１８を１個づつ対にして形成する。

図１および図２を参照すると，電界放出表示装置は，第１基板４と第２基板６とを含み，密封材２によって２枚の基板の周縁が接合された後，内部が排気されて真空容器を構成する。第１基板４には電界形成で電子を放出する構成が，そして第２基板６には電子によって可視光を発して所定の映像を表示する構成が形成される。

具体的には，第１基板４上には，ゲート電極８が第１方向（図面のＹ方向）に沿ってストライプパターンで形成され，ゲート電極８を覆いながら第１基板４の第一の面全体に絶縁層１０が配置される。絶縁層１０上には，カソード電極１２がゲート電極８と交差する方向（図面のＸ方向）に沿ってストライプパターンで形成される。

本実施形態に係る電界放出表示装置の画素領域をゲート電極８とカソード電極１２の交差領域として定義すると，各画素領域ごとにカソード電極１２に接触する位置，例えば，カソード電極１２の一側端に電子放出源であるエミッタ１４が配置される。エミッタ１４は，カーボン系物質，たとえばカーボンナノチューブ，黒鉛，ダイアモンド，ダイアモンド状カーボン，フラーレンＣ_６０のうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせ物質で構成されることが好ましい。

第１基板４に対向する第２基板６の第一の面には，赤，緑および青色の蛍光膜１８が所定の間隔をおいて設けられる。この時，第２基板６と蛍光膜１８との間にアノード電極１６を配置でき，アノード電極１６は透明導電膜、例えばＩＴＯ膜などで形成される。

隣接する蛍光膜１８の間には，非発光領域があり，ここには画面のコントラストを高める黒色膜２０が形成されて蛍光膜１８とともに蛍光スクリーン２２を構成する。そして，蛍光スクリーン２２の表面には，メタルバック効果によって画面の輝度を高める金属膜２４，例えばアルミニウムなどで作成される金属薄膜を形成することができる。

また，第１基板４と第２基板６との間には，複数のスペーサ２６が配置され，二つの基板の間の間隔を一定に維持する。このスペーサ２６は，電子ビーム放出と蛍光膜１８の発光に影響を与えないように非発光領域，すなわち，黒色膜２０の位置に配置される。

したがって，ゲート電極８とカソード電極１２に所定の駆動電圧を印加すると，二つの電極の電位差によってエミッタ１４の周囲に電界が形成されて，エミッタ１４から電子が放出される。そして，アノード電極１６に数百〜数千ボルトの（＋）電圧を印加すると，エミッタ１４から放出された電子が蛍光膜１８に到達して，これを励起して可視光を発生させ所定の表示が行われる。

ここで強調すべきことは，本実施形態に係る電界放出表示装置が，第２基板６に対する金属膜２４の付着強度，特にスペーサ２６が位置する非発光領域での付着強度を高める構成を有することである。

上記構成は，図２に示すように，金属膜２４が非発光領域に対応して第２基板６との間にギャップを置かずに形成される構成からなり，本実施形態で金属膜２４は，少なくとも一つの黒色膜２０上で，この黒色膜２０とギャップを置かずに密着形成される。このような構成の金属膜２４は，黒色膜２０上に金属物質が直接蒸着されることにより得られる。

一方，蛍光膜１８上の金属膜２４は，蛍光膜１８の表面と所定のギャップをおいて配置される。このギャップは，蛍光膜１８上に形成されたフィルミング層（図示せず）が焼成によって除去されるため，金属膜２４が蛍光膜１８から分離されることにより得られる。したがって，蛍光膜１８と金属膜２４との間には所定の空間が生じる反面，黒色膜２０と金属膜２４はこのような空間がなく，直接接触することとなる点で，それぞれの位置で金属膜２４との接触状態が異なる。

ここで，黒色膜２０とギャップを置かずに配置される金属膜２４は，図３に示したように，第２基板の領域全体のうち，各々の蛍光膜１８を囲む任意の領域（図面のＢ領域）を除いた領域に配置することができる。また，図４に示したように，スペーサ２６を囲む任意の領域（図面のＣ領域）に配置することもできる。

上記構成によって，本実施形態では，第２基板６に対する金属膜２４の付着力が強化されてスペーサ２６形成領域で金属膜２４が損傷することを抑制することにより，スペーサ２６の付着力を強化することができる。このため，第１基板４と第２基板６の間隔を一定に維持することが可能となる。また，付着力が強化された金属膜２４が，第２基板の焼成により付着力が弱くなった蛍光膜１８を第２基板６に強く固定させ，安定な構造の金属膜２４を通じて蛍光膜１８に蓄積される電荷を容易に放出することができる。

したがって，金属膜２４が蛍光膜１８の劣化を減少させ，蛍光膜１８に蓄積される電荷によるアーク放電を抑制することができる。また，アーク放電の減少によってアノード電極１６により高い電圧を印加することができるので，画面の輝度を高めることが可能である。

一方，図５に示したように，電界放出表示装置は，黒色膜を配置せず，赤，緑および青色蛍光膜１８が互いに任意の間隔をおいた位置に配置することができる。この場合，金属膜２８は，蛍光膜１８の間のアノード電極１６上でアノード電極１６とギャップを置かずに密着形成される。

上記では，ゲート電極８がカソード電極１２の下部に配置される構成について説明したが，カソード電極１２とゲート電極８およびエミッタ１４の構成は上述した実施形態に限定されない。また，上述した構成で，ゲート電極８を第１基板４の第一の面全体に形成することができ，この場合，カソード電極１２とアノード電極１６とを互いに交差するストライプパターンで形成することができる。

図６に示したように，アノード電極３０がストライプパターンで形成され，黒色膜を配置せず，アノード電極３０上に蛍光膜１８を配置することができる。この場合には，金属膜３２の一部が蛍光膜１８の間の第２基板６上で，第２基板６とギャップを置かずに密着形成される。

次に，図７Ａ〜図７Ｄを参照して上述した電界放出表示装置の製造方法について説明する。

まず，図７Ａに示したように，第２基板６上に透明導電物質，例えばＩＴＯなどをコーティングしてアノード電極１６を形成し，アノード電極１６上の非発光領域に黒色膜２０を形成する。黒色膜２０には，例えば，クロム酸化膜などのような薄膜または黒鉛のような炭素系列成分の厚膜を使うことができる。黒色膜２０の間の発光領域に赤，緑または青色の蛍光膜１８を形成する。

続いて，図３または図４に示したように，黒色膜２０とギャップを置かずに金属膜２４を配置させる部位を決定し，図７Ｂに示したように，例えば，前記部位を除いた蛍光膜１８上に選択的に表面平坦化層，すなわち，フィルミング層３４を形成する。

なお，フィルミング溶液に感光性物質を混合して蛍光膜１８と黒色膜２０の全面に感光性フィルミング層を形成し，これを選択的に露光して，例えば，蛍光膜１８上のフィルミング層を選択的に硬化させた後，硬化されなかったフィルミング層を除去することにより，容易に，選択的にフィルミング層３４を形成することができる。

そして，図７Ｃに示したように，フィルミング層３４が形成された第２基板６全面に金属物質，例えば，アルミニウムなどを蒸着またはスパッタリングして金属膜２４を形成する。金属膜２４は，フィルミング層３４が除去された黒色膜２０上で黒色膜２０と直接接触して位置する。

次に，金属膜２４が形成された第２基板６を焼成してフィルミング層３４を除去することによって，図７Ｄに示した第２基板６の構造を完成させることができる。したがって，金属膜２４は，フィルミング層の除去によって，蛍光膜１８と所定のギャップをおいて形成される。このため，蛍光膜１８上に所定の間隔をおいて形成された金属膜２４と，黒色膜２０上に密着して形成された金属膜２４とは，このような構造上の相違から，付着力に差が生ずる。

最後に，第１基板上にゲート電極８，絶縁層１０，カソード電極１２およびエミッタ１４を形成し，絶縁層上にスペーサを配置した後，密封材２を利用して第１基板４と第２基板６の周縁を接合させ，排気口（図示せず）を通じて第１基板４と第２基板６の内部を排気させることにより，電界放出表示装置を完成する。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，アノード電極１６は，通常のフォトリソグラフィ工程を通じてストライプパターンで形成することができる。また，第２基板６上に黒色膜２０が形成されなくてもよい。

本発明の実施形態に係る平板表示素子の平面図である。 図１のＡ−Ａ線を基準に切断した平板表示素子の部分断面図である。 本発明の一実施形態における金属膜のパターンを説明するための第２基板の部分底面図である。 本発明の他の実施形態における金属膜のパターンを説明するための第２基板の部分底面図である。 蛍光スクリーンとアノード電極の一実施形態を説明するための第２基板の部分断面図である。 蛍光スクリーンとアノード電極の他の実施形態を説明するための第２基板の部分断面図である。 本発明の一実施形態による平板表示素子の製造方法を示し，蛍光膜を形成した後の概略断面図である。 本発明の一実施形態による平板表示素子の製造方法を示し，フィルミング層を形成した後の概略断面図である。 本発明の一実施形態による平板表示素子の製造方法を示し，金属膜を形成した後の概略断面図である。 本発明の一実施形態による平板表示素子の製造方法を示し，第２基板を完成した後の概略断面図である。 従来技術による平板表示素子の製造方法を示し，フィルミング層および金属膜を形成した後の概略断面図である。 従来技術による平板表示素子の製造方法を示し，焼成によりフィルミング層を除去した後の概略断面図である。

符号の説明

２ 密封材
４ 第１基板
６ 第２基板
８ ゲート電極
１０ 絶縁層
１２ カソード電極
１４ エミッタ
１６，３０ アノード電極
１８ 蛍光膜
２０ 黒色膜
２２ 蛍光スクリーン
２４，２８，３２ 金属膜
２６ スペーサ
３４ フィルミング層

Claims (13)

1. 任意の間隔をおいて対向配置される第１基板および第２基板と；
   前記第１基板に設けられる電子放出源と；
   前記電子放出源に電界を印加して電子放出源から電子を放出させるための電子放出電極と；
   前記第２基板上に位置する蛍光膜と；
   前記蛍光膜を覆いながら第２基板上に形成される金属膜と；
   を含み，
   前記金属膜が，第２基板上に設定される非発光領域に対応して第２基板との間にギャップを置かずに形成されることを特徴とする平板表示素子。
2. 前記平板表示素子が，非発光領域に対応して第１基板と第２基板の間に位置する少なくとも一つのスペーサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の平板表示素子。
3. 前記金属膜が，スペーサ形成部位に対応して第２基板との間にギャップを置かずに形成されることを特徴とする請求項２に記載の平板表示素子。
4. 前記蛍光膜が，複数の赤，緑および青色の蛍光膜を含み，前記平板表示素子が蛍光膜の間に位置する黒色膜をさらに含み，前記金属膜が少なくとも一つの黒色膜上でこの黒色膜とギャップを置かずに形成されることを特徴とする請求項１，２または３のいずれかに記載の平板表示素子。
5. 前記平板表示素子が，第２基板と蛍光膜との間に位置する少なくとも一つのアノード電極をさらに含むことを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれかに記載の平板表示素子。
6. 前記蛍光膜が，所定の間隔をおいて位置する複数の赤，緑および青色の蛍光膜を含み，前記金属膜の一部が蛍光膜の間のアノード電極上でこのアノード電極とギャップを置かずに形成されることを特徴とする請求項１，２，３または５のいずれかに記載の平板表示素子。
7. 前記蛍光膜が，所定の間隔をおいて位置する複数の赤，緑および青色の蛍光膜を含み，前記金属膜の一部が蛍光膜の間の第２基板上で第２基板とギャップを置かずに形成されることを特徴とする請求項１，２，３または５のいずれかに記載の平板表示素子。
8. 前記電子放出電極が，絶縁層を間に置いて所定のパターンで形成されるゲート電極とカソード電極からなり，前記電子放出源がカソード電極と接触して位置することを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６または７のいずれかに記載の平板表示素子。
9. （ａ）第２基板上に設定された発光領域に対応して第２基板上に蛍光膜を形成する段階と；
   （ｂ）前記第２基板上に設定された任意の非発光領域を除いて前記蛍光膜が形成された第２基板の第一の面に表面平坦化層を形成する段階と；
   （ｃ）前記表面平坦化層を形成した後，第２基板の第一の面全体に金属膜を形成する段階と；
   （ｄ）前記第２基板を焼成して表面平坦化層を除去する段階と；
   を含むことを特徴とする平板表示素子の製造方法。
10. 前記（ａ）段階の前に，前記第２基板上に少なくとも一つのアノード電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の平板表示素子の製造方法。
11. 前記（ａ）段階と（ｂ）段階の間に，前記第２基板上に設定された非発光領域に対応して少なくとも一つの黒色膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の平板表示素子の製造方法。
12. 前記（ｂ）段階が，
    （ｉ）前記蛍光膜が形成された第２基板の第一の面全体に感光性表面平坦化層を形成する過程と；
    （ｉｉ）前記表面平坦化層を部分的に露光し，前記任意の非発光領域を除いた表面平坦化層を選択的に硬化する過程と；
    （ｉｉｉ）前記硬化されなかった表面平坦化層を除去する過程と；
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の平板表示素子の製造方法。
13. 前記（ｃ）段階が，金属物質を蒸気蒸着またはスパッタリングすることからなる請求項９に記載の平板表示素子の製造方法。
    

Images