JPH09283063A - 電界放出形ディスプレイ及びその製造方法、並びにディスプイレイ用金属膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】駆動電圧の小さい電界放出形ディスプレイの蛍
光体層上に薄くて均一なAl膜を形成する。 【解決手段】真空容器の内部にAl20と陽極基板２を収納
する。真空容器の内部を1 ×10^-5Torr以上の高真空状態
とし、Ｈｅガスを数Torrから1 ×10^-2Torr程度導入す
る。Al20を蒸発させ、陽極基板２を約400 ℃に加熱す
る。蒸発したAl分子△は、He分子○と衝突を繰り返して
エネルギーが減衰し、陽極基板２との温度差が小さくな
って陽極基板に到達する。Al分子は蛍光体層６の蛍光体
粒子表面において偏平な大きな粒子として成長し、蛍光
体層６の表面には極めて薄く緻密で孔のないAl膜７が均
一に形成される。この陽極基板を用いて電界放出形ディ
スプレイを作成する。電界放出形ディスプレイの駆動電
圧を従来よりも高い数百〜数ｋＶとしても、蛍光体層は
Al膜に被覆されているので、蛍光体層の寿命特性を損な
わずに高い発光効率を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出形ディス
プレイとその製造方法、さらに発光部に蛍光体を有する
ディスプイレイに有用なアルミニウム膜の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の電界放出形ディスプレイ１
００の構造を示す断面図である。電界放出形ディスプレ
イ１００は、透光性を有するガラス等の絶縁材料からな
る陽極基板１０１と、陽極基板１０１に所定の間隔をお
いて対面する絶縁性の陰極基板１０２を有している。両
基板１０１，１０２の外周部の間には図示しないスペー
サ部材があり、両基板１０１，１０２の間の空間は高真
空状態に保持されている。前記陽極基板１０１の内面に
は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性を有する導
電膜からなる陽極導体１０３が形成されている。陽極導
体１０３の表面には蛍光体層１０４が被着され、表示部
である陽極１０５が構成されている。前記陰極基板１０
２の内面には、電子源である電界放出形陰極１０６（ F
EC, FieldEmission Cathode）が形成されている。電界
放出形陰極１０６は、陰極基板１０２の内面に形成され
た陰極導体１０７と、陰極導体１０７の表面に形成され
た抵抗層１０８と、抵抗層１０８の表面に形成された絶
縁層１０９と、絶縁層１０９の表面に形成されたゲート
１１０と、ゲート１１０と絶縁層１０９に形成された孔
の内部で抵抗層１０８の上に形成されたコーン形状のエ
ミッタ１１１とを有している。

【０００３】上述した従来の電界放出形ディスプレイ１
００においては、ゲート１１０が形成する電界によって
エミッタ１１１から電子が放出され、電子は正電位が与
えられた陽極１０５に射突して蛍光体層１０４を発光さ
せる。蛍光体層１０４の発光は陽極導体１０３と陽極基
板１０１を介して陽極基板１０１の外面側から観察され
る。

【０００４】上述した電界放出形ディスプレイ１００の
駆動において、陽極導体１０３に与える駆動電圧は例え
ば４００Ｖ程度であり、ＣＲＴ等の駆動電圧である１０
〜３０ｋＶに比べてかなり低い。このように低電圧で駆
動される従来の電界放出形ディスプレイ１００において
は、電子は蛍光体層１０４の表面付近にしか入らず、発
光するのは蛍光体の表面近傍のみである。そこで従来の
電界放出形ディスプレイ１００では、導電性の高い（即
ち抵抗の低い）蛍光体を使用しており、蛍光体層１０４
に電子が帯電しにくくなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電界放出形ディ
スプレイ１００では、前述したように蛍光体層１０４が
剥き出しの状態であるため、発光輝度等の改善のために
駆動電圧を上げると、高電圧で加速された電子の入射に
よって蛍光体表面に電子がチャージしてしまい、寿命特
性が著しく低下してしまう。前述した高電圧駆動のＣＲ
Ｔにおいては、蛍光体層の表面はメタルバックと呼ばれ
るアルミニウム膜で覆われており、高電圧で加速された
電子はこのアルミニウム膜を通過して蛍光体層に射突
し、これを発光させている。本発明者は、電界放出形デ
ィスプレイを従来よりも高い駆動電圧で支障なく駆動す
るため、このようなアルミニウム膜を電界放出形ディス
プレイに応用し、蛍光体層をアルミニウム膜で覆うこと
により、比較的高電圧で加速された電子の射突から蛍光
体層を保護するという着想を得た。この着想を進展させ
るべく、本発明者は蛍光体層にアルミニウム膜を形成す
る各種の方法について鋭意研究した。

【０００６】図５は、本発明者が検討した蛍光体層にア
ルミニウム膜を形成する方法を示す図である。図５の方
法においては、同図（ａ）に示すように、陽極基板１０
１側に形成された蛍光体層１０４の表面に中間膜１１２
をコーティングして蛍光体層１０４の表面を平坦にし、
その上にアルミニウム膜１１３を蒸着する。同図（ｂ）
の拡大図に示すように、形成されるアルミニウム膜１１
３は、径が０．０１μｍ〜０．１μｍ程度の略球形のア
ルミニウム粒子が積層しており、その厚さは０．２μｍ
〜１μｍとなる。この厚さでは、ＣＲＴの高い駆動電圧
で加速された電子ならば突き抜けることができるが、せ
いぜい１０ｋＶ以下の駆動電圧で加速された電界放出形
ディスプレイの電子がこれを通過して下層の蛍光体を発
光させることはできない。

【０００７】陽極側に形成された蛍光体層の表面にアル
ミニウムを蒸着したシートを転写し、アルミニウム膜を
形成する方法も検討したが、この方法でもアルミニウム
膜の構造及び厚さは図５（ａ）の方法と略同様となって
しまう。

【０００８】図６の方法においては、陽極側に形成され
た蛍光体層１２０の表面に中間膜を塗布せずに直接アル
ミニウム１２１を蒸着する。この方法でも被着するアル
ミニウム粒子は径が小さい球形であり、平坦で均一なア
ルミニウム膜は形成できない。特に電界放出形ディスプ
レイに適用しうる薄さに形成しようとすると多孔質にな
り、コーティングとしての役目を果たせない状態になっ
てしまう。

【０００９】さらに、陽極側に形成された蛍光体層の表
面に中間膜を塗布せずに直接アルミニウムをスパッタリ
ング法で被着させる方法も検討したが、この方法で得ら
れたアルミニウム膜も径の小さい球形のアルミニウム粒
子から構成されて多孔質になり、コーティングとしての
役目を果たせない。

【００１０】本発明は、以上説明した本発明者の知見に
立脚して成されたものであり、ＣＲＴ等よりも駆動電圧
の小さい電界放出形ディスプレイに適用しうる薄くて均
一なアルミニウム膜等の金属膜を蛍光体層上に形成する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された電
界放出形ディスプレイは、透光性を有する第１の基板
と、前記第１の基板の内面に形成された透光性を有する
陽極導体と、前記陽極導体の表面に形成された蛍光体層
と、前記蛍光体層の表面に形成された金属膜と、前記金
属膜に対面する第２の基板と、前記第２の基板の内面に
形成された電界放出形陰極とを有することを特徴として
いる。

【００１２】請求項２に記載された電界放出形ディスプ
レイは、請求項１記載の電界放出形ディスプレイにおい
て、前記金属膜が、前記蛍光体層に被着した多数の偏平
な金属粒子から構成されることを特徴としている。

【００１３】請求項３に記載された電界放出形ディスプ
レイは、請求項１又は２記載の電界放出形ディスプレイ
において、前記金属膜がアルミニウム及び銅から選択さ
れた一の金属からなることを特徴としている。

【００１４】請求項４に記載された電界放出形ディスプ
レイは、請求項１又は２又は３記載の電界放出形ディス
プレイにおいて、前記金属膜と前記電界放出形陰極の間
に、前記電界放出形陰極から放出された電子を制御する
制御電極が設けられたことを特徴としている。

【００１５】請求項５に記載された電界放出形ディスプ
レイの製造方法は、透光性を有する第１の基板の内面に
透光性を有する陽極導体を形成する工程と、前記陽極導
体の上に蛍光体層を形成する工程と、真空内に不活性ガ
スが導入された不活性ガス雰囲気内において、前記第１
の基板を加熱するとともに蒸着金属を加熱蒸発させ、前
記蛍光体層の表面に金属膜を形成する工程とを有してい
る。

【００１６】請求項６に記載されたディスプイレイ用金
属膜の製造方法は、透光性を有する基体上に形成された
蛍光体層の表面に金属膜を形成するディスプイレイ用金
属膜の製造方法において、真空内に不活性ガスが導入さ
れた不活性ガス雰囲気内において、前記基体を加熱する
とともに蒸着金属を加熱蒸発させ、前記蛍光体層の表面
に金属膜を形成することを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例である
電界放出形ディスプレイ１（ Field Emission Display
) の構造を図１〜図３を参照して説明する。図１に示
すように、この電界放出形ディスプレイ１は、透光性を
有するガラス等の絶縁材料からなる陽極基板２（第１の
基板）と、陽極基板２に所定の間隔をおいて対面する絶
縁性の陰極基板３（第２の基板）を有している。両基板
２，３の外周部の間には図示しないスペーサ部材があ
り、両基板２，３の間の空間は高真空状態に保持されて
いる。

【００１８】前記陽極基板２の内面には、発光表示面を
構成する陽極４が形成されている。陽極４は、赤緑青の
各色に発光する蛍光体ごとに所定のパターンに分割され
ている。まず、陽極基板２の内面には、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）等の透光性を有する導電膜からなる陽極導
体５が形成されている。陽極導体５の表面には蛍光体層
６が被着され、蛍光体層６の表面には金属膜としてのア
ルミニウム膜７が形成されている。

【００１９】従来のＣＲＴ等でメタルバックとして使用
されているアルミニウム膜は、径の小さい球状のアルミ
ニウム粒子が２０００オングストローム〜１μｍもの厚
さに積層したものである。これに対し、本例における前
記アルミニウム膜７は、後述する製造方法の説明図であ
る図３にも示すように、偏平に変形したアルミニウム粒
子が、蛍光体粒子の表面に密に被着した構造である。そ
の厚さは従来よりも薄い数百オングストロームから２０
００オングストローム未満（好ましくは４００オングス
トロームから５００オングストローム程度）である。

【００２０】図１及び図２に示すように、前記陰極基板
３の内面には、電子源である電界放出形陰極８（ FEC,
Field Emission Cathode）が形成されている。電界放出
形陰極８は、陰極導体９と、陰極導体９上に形成された
エミッタ１０と、エミッタ１０の上方に形成されたゲー
ト１１等から構成されている。

【００２１】陰極基板３の内面には、複数本のストライ
プ状の陰極配線１２が所定の間隔をおいて形成されてい
る。各陰極配線１２には、陰極基板３に達する矩形の孔
が所定の間隔で形成されている。陰極配線１２の各孔内
の陰極基板３上には、陰極配線１２の孔の内周と一定の
間隔をおいて、矩形の陰極導体９が形成されている。即
ち、この陰極導体９は、陰極配線１２に直接接続され
ず、陰極配線１２の孔内に陰極配線１２とは離れて配置
された島状の陰極導体９となっている。前記陰極配線１
２と前記陰極導体９の上面には、抵抗層１３が形成され
ている。抵抗層１３は陰極導体９と陰極配線１２の間に
も充填される。陰極導体９及び抵抗層１３の上には、絶
縁層１４を介してゲート１１が形成されている。ゲート
１１は、前記陰極配線１２と直交するストライプ状であ
る。各陰極導体９の上方において、ゲート１１と絶縁層
１４には多数の空孔が形成されている。各空孔の内部の
抵抗層１３上にはコーン形状のエミッタ１０が形成され
ている。

【００２２】陰極導体９が前述のような島状であると、
各陰極導体９毎に形成されている多数のエミッタ１０の
それぞれについて、抵抗層１３による抵抗値を適当な値
に保持しながらほぼ一定にすることができる。各エミッ
タ１０が陰極配線１２との間に有する抵抗値は、該エミ
ッタ１０と陰極導体９の間にある抵抗層１３と、陰極導
体９の外周と陰極配線１２の孔の内周との間にある抵抗
層１３とによって決まる。本例では、陰極導体９が陰極
配線１２の孔内に島状に形成されているから、陰極導体
９の上にある各エミッタ１０は抵抗の条件が同一にな
る。従って、電界放出形陰極８の駆動時の単位である各
陰極導体９においては、各エミッタ１０の駆動条件が同
一になって電子放出が均一になる。

【００２３】前記電界放出形陰極８と、前記陽極４との
間には、電界放出形陰極８から放出された電子を制御す
る制御電極としての保護電極１５が設けられている。こ
の保護電極１５は、陽極４から電界放出形陰極８へ放電
が発生してエミッタ１０が損傷するのを防止する。この
保護電極１５は駆動電圧等とのかねあいにおいて必要に
応じて設ければよい。また、必要によっては、電子を収
束して陽極４に射突させるための収束電極を制御電極と
して設けてもよい。

【００２４】本電界放出形ディスプレイ１を駆動して表
示を行う。陽極４に印加する駆動電圧は、陽極４の発光
輝度等の改善のため、従来の電界放出形ディスプレイ１
よりも高く、ＣＲＴ等の駆動電圧よりは低い１〜１０ｋ
Ｖ程度の範囲とするが、本例においては２〜５ｋＶとす
る。陰極配線１２を順次走査するとともに、これに同期
してゲート１１に選択信号を与えれば、任意の陰極導体
９のエミッタ１０から電子を放出させることができる。
放出された電子は陽極４の対向する部分に射突し、薄い
アルミニウム膜７を容易に突き抜け、少なくともアルミ
ニウム膜７で被覆しない場合と同程度の高い輝度で蛍光
体層６を発光させる。この蛍光体層６の発光は陽極導体
５と陽極基板２を介して陽極基板２の外面側から観察さ
れる。本例の電界放出形ディスプレイ１では陽極４に与
える駆動電圧は高いが、蛍光体層６はアルミニウム膜７
で隙間なく被覆されているので損傷をうけにくく、実用
上問題になるほど寿命が急速に劣化することはない。ま
た、もちろんアルミニウム膜７は高い導電性があるの
で、本例のように従来の電界放出形ディスプレイより駆
動電圧が高くても、電子による帯電の問題は発生しな
い。

【００２５】また、電界放出形ディスプレイ１は、電子
源にフィラメント状の陰極を使用する蛍光表示管に比
べ、電子源に要するエネルギーが小さくてすむ。またフ
ィラメント状の陰極の場合には、電子は線状の放出源か
ら出るので電子を拡散させるために陽極との間隔をある
程度大きくとらなければならないが、電界放出形陰極８
は面状の放出源なので陽極４との間隔を小さくでき、薄
型の表示素子となる。

【００２６】次に、前記電界放出形ディスプレイ１の製
造工程について説明する。まず、陰極基板３に電界放出
形陰極８を形成する工程を説明する。 (1) 陰極基板３を洗浄して表面の有機物を除去する。洗
浄方法としては、水を用いる湿式とオゾンを用いる乾式
がある。乾式の場合には、ベルト式の搬送機構で陰極基
板３を搬送しながらオゾンを吹き掛けて洗浄を行う洗浄
装置を用いることができる。

【００２７】(2) 前記陰極基板３の内面となる側に、ス
パッタリング法によって０．４μｍの厚さでＮｂを全面
に被着する。このＮｂの膜をフォトリソグラフィの手法
によってパターニングする。これによって前述したスト
ライプ状の陰極配線１２と島状の陰極導体９を形成す
る。

【００２８】(3) 陰極導体９と陰極配線１２の上にアモ
ルファスシリコンの膜をＣＶＤ法で０．８μｍの厚さに
成膜し、これをフォトリソグラフィ法によってパターニ
ングし、抵抗層１３を形成する。なお、フォトリソグラ
フィ法で用いるエッチングによって抵抗層１３の表面が
荒れ、後工程で形成するエミッタ１０が抵抗層１３に被
着しにくくなる場合等には、必要に応じてエミッタ１０
を形成する抵抗層１３の部分のみにＣｒ層を形成しても
よい。

【００２９】(4) プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂ を全面に
１μｍの厚さで形成し、絶縁層１４を形成する。その上
にスパッタリング法でＮｂを０．４μｍの厚さに形成
し、ＲＩＥ法でパターニングしてゲート１１を形成す
る。

【００３０】(5) フォトリソグラフィ法、ＲＩＥ法でゲ
ート１１と絶縁層１４に直径約１μｍの空孔を形成す
る。各陰極導体９毎に約１００〜数千個形成する。ゲー
ト１１の表面にアルミニウムの剥離膜を形成する。ＥＢ
蒸着法によって剥離膜の側からＭｏを斜め蒸着し、空孔
の内部の抵抗層１３上にコーン形状のエミッタ１０を形
成する。剥離膜をゲート１１から剥がし、剥離膜及び剥
離膜に蒸着したＭｏを除去する。

【００３１】次に、陽極基板２に陽極４を形成する工程
を説明する。 (1) 陽極基板２を洗浄する。洗浄方法は陰極基板３の場
合と同一である。 (2) 陽極基板４の内面となる側に、スパッタリング法に
よってＩＴＯ膜を０．１５μｍの厚さで形成し、フォト
リソグラフィ法でパターニングして陽極導体５を形成す
る。スラリー法で陽極導体５の上に蛍光体層６を形成す
る。即ち、蛍光体を含有する蛍光体層形成液を陽極基板
２の上に載せ、陽極基板２を適当な回転速度で回転させ
て蛍光体層形成液を遠心力で陽極基板２上に広げ、パタ
ーニングして蛍光体層６を形成する。

【００３２】(3) 蒸着法によって蛍光体層６の上にアル
ミニウム膜７を形成する。本工程においては、蒸着物質
の加熱手段と、被蒸着体の加熱手段と、真空装置を備え
た真空容器を用いる。図３に示すように、真空容器の内
部に、蒸着物質であるアルミニウム２０と被蒸着体であ
る前記陽極基板２を収納し、それぞれ所定の位置に設置
する。真空容器の内部を１×１０^-5Torr以上の高真空状
態とする。この中にＨｅ等の不活性ガスを数Torrから１
×１０^-2Torr程度導入し、不活性ガス雰囲気とする。

【００３３】真空容器内においてアルミニウム２０を電
子ビームや抵抗加熱等の加熱手段によって融点を越える
まで加熱し、蒸発させる。この時、真空容器内の陽極基
板２も加熱しておく。陽極基板２の加熱温度は、蒸着物
質の融点に近く、かつ陽極基板２が熱で破損しない程度
の温度がよい。本例では、アルミニウムの融点である６
６０℃よりも３００℃低い３６０℃から４００℃とし
た。

【００３４】図３に示すように、アルミニウムから蒸発
したアルミニウム分子（図中△で示す）は、Ｈｅ分子
（図中○で示す）と衝突を繰り返してエネルギーが減衰
し、陽極基板２に到達する時には、４００℃程度に加熱
されている該陽極基板２との間の温度差が小さくなって
いる。このため、アルミニウム分子は図示のように蛍光
体層６の蛍光体粒子表面において偏平な大きな粒子とし
て成長し、蛍光体層６の表面には極めて薄く緻密で孔の
ないアルミニウム膜７が均一に形成される。

【００３５】このアルミニウム粒子の偏平の程度は、例
えば厚さ１に対して長い方向の偏平長が１０〜３０程で
ある。従って、アルミニウム膜７が一層の粒子からな
り、その厚さが４００〜５００オングストローム（０．
０４〜０．０５μｍ）程度であれば、このアルミニウム
粒子の半径は、４０００〜１５０００オングストローム
（０．４〜１．５μｍ）程度となる。

【００３６】以上説明した電界放出形ディスプレイ１の
製造方法では、アルミニウム膜７を形成するために真空
容器内をＨｅ雰囲気にしたが、他の不活性ガス（Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ）を用いてもよい。また、金属
膜としてアルミニウム膜７を形成したが、蛍光体と反応
せず比較的融点の低い金属であれば、前記製造方法によ
って前記アルミニウム膜７と同様の構造の金属膜を生成
することができる。例えば、銅を用いることもできる。

【００３７】以上説明した例では、電界放出形ディスプ
レイ１を説明したが、偏平で大きな金属粒子からなる薄
く緻密な金属膜を蛍光体層に形成する技術は、表示部に
蛍光体層を有する他の表示素子、例えば偏平ＣＲＴ、高
電圧ＶＦＤ、大形表示装置用発光素子等にも適用でき
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、蛍光体層に偏平な金属
粒子からなる緻密な金属膜を形成することができるの
で、電界放出形ディスプレイの駆動電圧を従来よりも高
い数百〜数ｋＶとしても、蛍光体層の寿命特性を損なう
ことなく高い発光効率を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態の第１の例を示す平面図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態の第１の例におけるアルミ
ニウム膜７の生成工程を模式的に示す図である。

【図４】従来の電界放出形ディスプレイの断面図であ
る。

【図５】従来のアルミニウム膜の製造方法を説明するた
めの図である。

【図６】従来のアルミニウム膜の製造方法を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 電界放出形ディスプレイ ２ 第１の基板としての陽極基板 ３ 第２の基板としての陰極基板 ５ 陽極導体 ６ 蛍光体層 ７ 金属膜としてのアルミニウム膜 ８ 電界放出形陰極 １５ 制御電極としての保護電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性を有する第１の基板と、前記第１
   の基板の内面に形成された透光性を有する陽極導体と、
   前記陽極導体の表面に形成された蛍光体層と、前記蛍光
   体層の表面に形成された金属膜と、前記金属膜に対面す
   る第２の基板と、前記第２の基板の内面に形成された電
   界放出形陰極とを有する電界放出形ディスプレイ。
2. 【請求項２】 前記金属膜が、前記蛍光体層に被着した
   多数の偏平な金属粒子から構成される請求項１記載の電
   界放出形ディスプレイ。
3. 【請求項３】 前記金属膜がアルミニウム及び銅から選
   択された一の金属からなる請求項１又は２記載の電界放
   出形ディスプレイ。
4. 【請求項４】 前記金属膜と前記電界放出形陰極の間
   に、前記電界放出形陰極から放出された電子を制御する
   制御電極が設けられた請求項１又は２又は３記載の電界
   放出形ディスプレイ。
5. 【請求項５】 透光性を有する第１の基板の内面に透光
   性を有する陽極導体を形成する工程と、 前記陽極導体の上に蛍光体層を形成する工程と、 真空内に不活性ガスが導入された不活性ガス雰囲気内に
   おいて、前記第１の基板を加熱するとともに蒸着金属を
   加熱蒸発させ、前記蛍光体層の表面に金属膜を形成する
   工程と、 を有する電界放出形ディスプレイの製造方法。
6. 【請求項６】 透光性を有する基体上に形成された蛍光
   体層の表面に金属膜を形成するディスプイレイ用金属膜
   の製造方法において、 真空内に不活性ガスが導入された不活性ガス雰囲気内に
   おいて、前記基体を加熱するとともに蒸着金属を加熱蒸
   発させ、前記蛍光体層の表面に金属膜を形成するディス
   プイレイ用金属膜の製造方法。