WO2004100205A1

WO2004100205A1 - 画像表示装置

Info

Publication number: WO2004100205A1
Application number: PCT/JP2004/005835
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Oyaizu; Hitoshi Tabata; Isamu Tsuchiya; Takeo Ito
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2004-11-18
Also published as: JP2004335346A; CN1784762A; US20070063634A1; TWI291192B; EP1624476A1; TW200426883A; KR20060013648A

Description

技術分野

[0001] 本発明は、電界放出型表示装置 (フ

示装置に関する。背景技術

[0002] 従来から、陰極線管（CRT)やフィールドェミッションディスプレイ (FED)などの画明

像表示装置では、蛍光体層の上に A1等の金属膜を形成したメタルバック方式の蛍光田

面が用いられている。この蛍光面の金属膜 (メタルバック層）は、電子源から放出された電子によって蛍光体から発せられた光のうちで、電子源側に進む光をフェースプレート側へ反射して輝度を高めること、および蛍光体層に導電性を付与しアノード電極の役割を果たすことを目的としたものである。また、画像表示装置の真空外囲器内に残留するガスが電離して生じるイオンにより、蛍光体層が損傷することを防ぐ機能も有している。

[0003] し力、しながら、 FEDでは、蛍光面を有するフェースプレートと電子放出素子を有するリアプレートとの間のギャップ（間隙）が、 1mm 数 mm程度と極めて狭ぐこの狭い間隙に 10kV前後の高電圧が印加されて強電界が形成されるため、メタルバック層の周端部の鋭角部分に電界が集中し、そこから放電 (真空アーク放電)が発生することがあった。そして、このような異常放電が発生すると、数 Aから数百 Aに及ぶ大きな放電電流が瞬時に流れるため、力ソード部の電子放出素子やアノード部の蛍光面が破壊されあるいは損傷を受けるおそれがあった。

[0004] 従来から、耐圧特性の向上を目的とし、また前記した放電が発生した場合のダメージを緩和するために、導電膜であるメタルバック層をいくつかのブロックに分断し、境界部 (以下、分断部と示す。）に間隙を設けることが行われていた。（例えば、特許文献 1参照）

[0005] また近年、平板型画像表示装置において、真空外囲器の内壁などから放出されるガスを吸着するために、ゲッタ材の層を画像表示領域内に形成することが検討されており、メタルバック層の上に、チタン (Ti)、ジルコニウム（Zr)などの導電性を有するゲッタ材の薄膜を重ねて形成する構造が開示されている。（例えば、特許文献 2参照）

[0006] しかし、分断されたメタルバック層を有する蛍光面では、分断部の抵抗値の制御が難しいば力でなぐ分断部の両側のメタルバック層端部が尖鋭な形状を呈するため、この鋭角部分に電界が集中し、放電が発生しやすいという問題があった。

[0007] また、このように分断部が形成されたメタルバック層を有する画像表示装置において、画像表示領域内にゲッタ材の層を形成する場合には、メタルバック層を分断した効果を損なうことがないようにし、放電の発生を抑制し耐圧特性を改善することが要求されていた。

[0008] 本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、耐圧特性が大幅に向上され、異常放電による電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化が防止され、高輝度、高品位の表示が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

[0009] 特許文献 1 :特開 2000-311642公報

特許文献 2：特開平 9-82245号公報

発明の開示

[0010] 本発明の画像表示装置は、フェースプレートと、前記フェースプレートと対向配置されたリアプレートと、前記リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フエースプレート内面に形成された、前記電子放出素子から放出される電子線により発光する蛍光面とを備えており、前記蛍光面が、光吸収層および蛍光体層と、前記蛍光体層の上に形成された、分断部を有するメタルバック層と、このメタルバック層の分断部の上に該分断部の両側のメタルバック層に跨って形成された高抵抗被覆層と、前記高抵抗被覆層の上に形成された耐熱性微粒子層と、前記メタルバック層上に膜状に形成され前記耐熱性微粒子層により分断されたゲッタ層を有することを特徴とする。

[0011] この画像表示装置において、メタルバック層の分断部は光吸収層の上に位置させること力 Sできる。また、高抵抗被覆層が、 1 10³—1 10¹²0 /ロの表面抵抗を有すること力 Sできる。また、耐熱性微粒子の平均粒径を 5nm— 30 μ ΐηとすることができる。さらに、耐熱性微粒子を、 SiO 、 Ti〇、 Al O 、 Fe O力も選ばれる少なくとも 1

2 2 2 3 2 3 種の酸化物の微粒子とすることができる。またさらに、ゲッタ層を、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 N b、 Ta、 W、 Baから選ばれる金属、またはこれらの金属の少なくとも一種を主成分とする合金の層とすることができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]図 1は、本発明の画像表示装置の第 1の実施形態である FEDの構造を模式的に示す断面図である。

[図 2]図 2は、第 1の実施形態である FEDのフェースプレートの構造を拡大して示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

[0014] 図 1は、本発明に係る画像表示装置の第 1の実施形態である FEDの構造を模式的に示す断面図である。

[0015] この FEDでは、メタルバック付きの蛍光面 1を有するフェースプレート 2と、マトリックス状に配列された表面伝導型電子放出素子のような電子放出素子 3を有するリアプレート 4と力支持枠 5およびスぺーサ（図示を省略。）を介し、 1mm—数 mmの狭い間隙を隔て対向して配置されている。フェースプレート 2およびリアプレート 4と支持枠 5とは、フリットガラスのような接合材（図示を省略。）により封着されている。そして、フエースプレート 2およびリアプレート 4と支持枠 5とにより真空外囲器が形成され、内部が排気され真空に保持されている。また、フェースプレート 2とリアプレート 4との間の極めて狭い間隙に、 5— 15kVの高電圧が印加されるように構成されている。なお、図中符号 6はフェースプレートのガラス基板を示し、 7はリアプレートの基板を示す。

[0016] メタルバック付き蛍光面 1を有するフェースプレート 2の構造を、図 2に拡大して示す

[0017] 図 2に示すように、ガラス基板 6の内面に、黒色顔料からなる所定のパターン (例えばストライプ状）の光吸収層 8がフォトリソ法などにより形成されており、光吸収層 8のパターンの間に、赤 (R)、緑 (G)、青（B)の 3色の蛍光体層 9が、 ZnS系、 Y O系、 Y

2 3

O S系などの蛍光体液を用いたスラリー法により所定のパターンで形成されている。

2 2 そして、光吸収層 8と 3色の蛍光体層 9により、蛍光体スクリーン Sが形成されている。なお、各色の蛍光体層 9の形成は、スプレー法や印刷法により行うこともできる。スプレー法や印刷法においても、必要に応じてフォトリソ法によるパターユングを併用すること力 Sできる。

[0018] また、このように構成される蛍光体スクリーン Sの上に、 A1膜のような金属膜から成るメタルバック層 10が形成されている。メタルバック層 10を形成するには、例えばスピン法で形成されたニトロセルロース等の有機樹脂からなる薄レ、膜の上に、 A1膜などの金属膜を真空蒸着し、さらに焼成して有機物を除去する方法 (ラッカー法)を採ることができる。

[0019] また、以下に示す転写フィルムを使用し、転写法によりメタルバック層 10を形成することもできる。転写フィルムは、ベースフィルム上に離型剤層（必要に応じて保護膜）を介して A1等の金属膜と接着剤層が順に積層された構造を有している。この転写フイルムを、接着剤層が蛍光体層に接するように配置し、押圧処理を施す。押圧方式としては、スタンプ方式、ローラー方式などがある。こうして転写フィルムを加熱しながら押圧し、金属膜を接着してからベースフィルムを剥ぎ取ることにより、蛍光体スクリーン S上に金属膜が転写される。

[0020] 本発明の実施形態では、耐圧特性の向上のために、メタルバック層 10に分断部 10 aが形成され、分断部 10aに間隙が設けられている。高輝度の蛍光面を得るために、メタルバック層 10の分断部 10aは光吸収層 8の上に設けることが望ましい。

[0021] メタルバック層 10に分断部 10aを形成するには、前記したラッカー法や転写法で蛍光面の全面に形成した金属膜を、レーザ等の照射により切断あるいは切除する方法や、同様にして蛍光面の全面に形成した金属膜を、酸またはアルカリ水溶液の塗布により溶解して除去する方法などを採ることができる。また、所定のネガパターンの開孔を有するメタルマスクを用いて、 A1等の金属膜を蒸着することにより、一工程で分断部 10aを有するメタルバック層 10を形成することも可能である。

[0022] そして、このようなメタルバック層 10の分断部 10aの上に、両側のメタルバック層 10 の端部に跨って、高電気抵抗を有する高抵抗被覆層 11がスクリーン印刷、スプレー塗布などの方法で形成されており、この高抵抗被覆層 11により、メタルバック層 10の分断部 10aが所定の抵抗値で電気的に接続されている。なお、メタルバック層 10の分断部 10aが複数あるときは、全ての分断部に高電気抵抗の高抵抗被覆層 11が形成されていることが望ましい。

[0023] ここで、高抵抗被覆層 11の表面抵抗値は、 l X 10³—l X 10¹² Q ZD (square すること力 S望ましい。高抵抗被覆層 1 1の表面抵抗が I X 10³ Ω /口未満では、分断されたメタルバック層 10間の電気抵抗が低くなりすぎるため、放電の抑制および放電電流のピーク値の低減という効果が十分に得られず、その結果、耐圧特性の向上効果がそれほど発揮されなレ、。高抵抗被覆層 1 1の表面抵抗が 1 X 10¹² Ω /口を超える場合には、分断されたメタルバック層 10間の電気的接続が不十分となり、耐圧特性の観点から好ましくない。

[0024] さらに、この高抵抗被覆層 11のパターン幅は、メタルバック層 10の分断部 10aの幅以上とし、高抵抗被覆層 11がメタルバック層 10の分断部 10aを完全に覆うようにする。それとともに、蛍光面の発光効率を低下させることがないように、下層の光吸収層 8 の幅以下とすることが望ましレ、。

[0025] このような高抵抗被覆層 11を構成する材料としては、例えば、耐熱性の無機粒子と低融点ガラスをそれぞれ含む結着性の材料を挙げることができる。

[0026] ここで、低融点ガラスとしては、融点が 580°C以下で結着性を有するガラス材料であれば、特に種類は限定されない。例えば、組成式（SiO · Β O ' PbO)、 (B O - Bi

2 2 3 2 3

O )、 (SiO ' PbO)あるいは（B〇 ' Pb〇）で表わされるガラス力ら選ばれる少なくと

2 3 2 2 3

も一種を用いることができる。また、耐熱性の無機粒子としては、特に種類は限定されず、カーボン粒子や、 Fe O、 SiO、 Al O、 TiO、 Mn〇、 In〇、 Sb〇、 SnO

2 3 2 2 3 2 2 2 3 2 5

、 WO、 Ni〇、 Zn〇、 ZrO、 IT〇、 AT〇のような金属等の酸化物力、ら選ばれる少な

2 3 2

くとも一種を用いることができる。なお、無機粒子の粒径は、高抵抗被覆層 11を精密にパターニングすることができるように、 5 z m以下とすることが望ましい。また、耐熱性の無機粒子と低融点ガラスを含む高抵抗被覆層 11の厚さは、それ自体が放電の要因となることがないため特に限定されなレ、が、 10 μ m以下とすることが望ましい。

[0027] さらに、このような高抵抗被覆層 11に含有される低融点ガラスの無機粒子に対する重量比率は、 50重量％以上とすることが望ましい。無機粒子に対する低融点ガラスの重量比率 (低融点ガラス/無機粒子）が 50重量％未満の場合には、高抵抗被覆層 11の強度が不足し、無機粒子が脱落して耐圧特性を劣化させるおそれがある。

[0028] また、本発明の実施形態においては、前記した高抵抗被覆層 11の上に、所定のパターンの耐熱性微粒子層 12がスクリーン印刷等の方法で形成され、この耐熱性微粒子層 12のパターンの上からゲッタ材が蒸着されている。そして、耐熱性微粒子層 12 が形成されていない領域だけに、ゲッタ材の蒸着膜が成膜される結果、メタルバック層 10上に耐熱性微粒子層 12のパターンと反転するパターンを有する膜状のゲッタ層 13が形成される。こうして、耐熱性微粒子層 12のパターンにより分断された膜状のゲッタ層 13が得られる。

[0029] 耐熱性微粒子としては、絶縁性を有し、かつ封着工程などの高温加熱に耐えるものであれば、特に種類を限定することなく使用することができる。例えば Si〇， TiO， A

2 2

1〇， Fe Oなどの酸化物の微粒子が挙げられ、これらの 1種または 2種以上を組合

2 3 2 3

わせて使用することができる。

[0030] また、これらの耐熱性微粒子の平均粒径は、 5nm— 30 /i mとすることが望ましぐより好ましくは 10nm— 10 /i mとする。微粒子の平均粒径が 5nm未満では、耐熱性微粒子層 12の表面に凹凸がほとんど存在しないため、その上からゲッタ材を蒸着した場合に、耐熱性微粒子層 12上にもゲッタ膜が成膜され、ゲッタ層 13に分断部を形成することが難しい。また、耐熱性微粒子の平均粒径が 30 / mを超える場合には、耐熱性微粒子層 12の形成自体が不可能になる。

[0031] ここで、耐熱性微粒子層 12のパターンを形成する領域は、高抵抗被覆層 1 1の上であり、光吸収層 8の上方に位置するので、耐熱性微粒子が電子線を吸収することによる輝度低下が少ないという利点がある。また、この耐熱性微粒子層 12のパターン幅は、 50 x m以上好ましくは 150 z m以上で、光吸収層 8の幅以下とすることが望ましい。耐熱性微粒子層 12のパターン幅が 50 z m未満では、ゲッタ膜の分断効果が十分に得られず、またパターン幅が光吸収層 8の幅を超える場合には、耐熱性微粒子層 12が蛍光面の発光効率を低下させるため、好ましくなレ、。

[0032] ゲッタ層 13を構成するゲッタ材としては、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 W、 Baから選ばれる金属、またはこれらの金属の少なくとも一種を主成分とする合金を使用することができる。

[0033] なお、ゲッタ材の蒸着によりゲッタ層 13が形成された後は、ゲッタ材の劣化を防ぐため、ゲッタ層 13が常に真空雰囲気中に保持されるようにする。したがって、高抵抗被覆層 11の上に耐熱性微粒子層 12のパターンを形成した後、真空外囲器を組立てることにより蛍光面を真空外囲器内に配置し、真空外囲器内でゲッタ材の蒸着工程を行う。

[0034] 本発明の実施形態においては、耐圧特性を向上させるためにいくつかのブロックに分断されたメタルバック層 10の分断部 10aの上に、両側のメタルバック層 10に跨って、表面抵抗の高い高抵抗被覆層 11が設けられており、この高抵抗被覆層 11によりメタルバック層 10の端部が覆われている。分断されたメタルバック層 10の端部はしばしば電気的突起部となるが、これが高抵抗被覆層 11により完全に覆われているので、放電の発生が抑制される。そのうえ、分断されたメタルバック層 10が高抵抗被覆層 1 1を介して所望の抵抗値 (表面抵抗 1 X 10³— 1 X 10¹² Ω /口）で接続されているので、耐圧特性がさらに向上している。

[0035] また、このような高抵抗被覆層 11の上に耐熱性微粒子層 12のパターンが形成され、この耐熱性微粒子層 12により、メタルバック層 10上に膜状に形成されたゲッタ層 1 3が分断されているので、メタルバック層 10の分断効果が損なわれることがなぐ良好な耐圧特性が確保される。また、この分断されたゲッタ層 13により、真空外囲器内の放出ガスの吸着が十分に行われる。

[0036] したがって、 FEDのような平面型画像表示装置において、放電の発生が抑制され、かつ放電が発生した場合の放電電流のピーク値が低く抑えられる。そして、放電エネルギ一の最大値が低減される結果、電子放出素子や蛍光面の破壊'損傷や劣化が防止される。また、実施形態の FEDでは、メタルバック層 10の分断部 10aが、光吸収層 8に対応する領域に限定され、その上に高抵抗被覆層 11並びに耐熱性微粒子層 12が設けられるので、メタルバック層 10の反射効果がほとんど減じなレ、。そのうえ、高抵抗被覆層 11並びに耐熱性微粒子層 12の形成による発光効率の低下が生じず、高輝度の表示が得られる。

[0037] 次に、本発明を画像表示装置に適用した具体的実施例について説明する。 [0038] 実施例

ガラス基板上に黒色顔料からなるストライプ状の光吸収層（パターン幅 100 _β m)をフオトリソ法により形成した後、光吸収層の間に赤 (R)、緑 (G)、青（B)の 3色の蛍光体層をスラリー法により形成し、フォトリソ法によりパターユングした。そして、光吸収層の間にストライプ状の 3色の蛍光体層が順に配列された蛍光面を形成した。

[0039] 次いで、この蛍光面の上に転写方式によってメタルバック層を形成した。すなわち、ポリエステル樹脂製のベースフィルム上に離型剤層を介して A1膜が積層され、その上に接着剤層が塗布 ·形成された A1転写フィルムを、接着剤層が蛍光面に接するように配置し、上から加熱ローラーにより加熱'加圧して密着させた。次いで、ベースフイルムを剥がして蛍光面上に A1膜を接着した後、 A1膜にプレス処理を施した。こうしてメタルバック層が転写された蛍光面を有する基板 Aを得た。

[0040] 次に、この基板 Aの温度を 50°Cに保持し、光吸収層上に対応する位置に開孔を有するメタルマスクを用レ、、 A1膜上にリン酸、シユウ酸などを含む酸ペースト（ρΗ5· 5以下）を塗布した後、 450°Cの温度で 10分間べ一キングを行った。酸ペーストの塗布およびべ一キングにより、塗布部の A1膜が溶解され、 A1膜からなるメタルバック層にストライプ状の分断部（幅 80 μ m)が形成された。こうして分断されたメタルバック層を有する基板 Bを作製した。

[0041] 次いで、基板 Bのメタルバック層の分断部の上に、以下の組成を有する高抵抗ぺーストをスクリーン印刷した後、 450°Cで 30分間加熱焼成 (ベーキング）して有機分を分解'除去し、メタルバック層の分断部の両側に跨って、パターン幅 90 μ ΐη、厚さ 5. 0 β mの高抵抗被覆層を形成した。この高抵抗被覆層の表面抵抗値を測定したところ、 1 Χ 10⁹ Ω /口であった。こうしてメタルバック層の分断部上に高抵抗被覆層が形成された基板 Cを得た。

[高抵抗ペーストの組成]

カーボン粒子（粒径 50nm) 20wt%

低融点ガラス材（Si〇 ·Β O - PbO) 10wt%

2 2 3

樹脂（ェチルセルロース） 7wt%

溶媒（ブチルカルビトールアセテート） 63wt% 次いで、基板 Cの高抵抗被覆層上に、以下の組成を有するシリカペーストをスクリーン印刷し、パターン幅 100 μ m、厚さ 7· 0 μ mのシリカ粒子層を形成した。こうして高抵抗被覆層の上にさらにシリカ粒子層が形成された基板 Dを得た。

[シリカペーストの組成]

シリカ粒子（粒径 3. O z m) 40wt%

樹脂（ェチルセルロース） 6wt%

溶媒（ブチルカルビトールアセテート） 54wt%

[0042] 次に、こうして得られた基板 Dを、フェースプレートとして使用し、常法により FEDを作製した。まず、基板上に電子放出素子をマトリクス状に多数形成した電子発生源を、背面ガラス基板に固定し、リアプレートを作製した。次いで、前記基板 Dをフェースプレートとし、このフェースプレートとリアプレートとを、支持枠およびスぺーサを介して対向配置し、フリットガラスにより封着した。なお、フェースプレートとリアプレートとの間隙は 2mmとした。

[0043] 次いで、外囲器内を真空排気後、フェースプレート内面に向けて Baを蒸着し、シリ力粒子層の上に Baを蒸着した。その結果、シリカ粒子層上には、ゲッタ材である Ba が堆積するが一様な膜は形成されなかったのに対して、メタルバック層上のシリカ粒子層が形成されていない領域には、 Baの均一な蒸着膜が形成された。そして、シリ力粒子層により分断された膜状の Baゲッタ層が形成された。その後、封止など必要な処理を施し FEDを完成した。

[0044] また、比較例 1として、分断されたメタルバック層を有する基板 Bをフェースプレートとして使用し、実施例と同様に常法により FEDを作製した。また、比較例 2では、メタノレバック層の分断部上に高抵抗被覆層が形成された基板 Cをフェースプレートとして使用し、実施例と同様に常法により FEDを作製した。さらに、比較例 3では、分断されたメタルバック層を有する基板 Bの分断部上に、高抵抗被覆層を形成することなく直接シリカ粒子層を形成し、この基板をフェースプレートとして使用して FEDを作製した

[0045] こうして実施例および比較例 1一 3でそれぞれ得られた FEDの耐圧特性 (放電電圧および放電電流）を、常法により測定した。測定結果を表 1に示す。 [表 1]

[0046] 表 1から明ら力、なように、実施例で得られた FEDは、メタルバック層の分断部上に高抵抗被覆層が形成され、さらにその上にシリカ粒子層が形成されて Baゲッタ膜が分断されているので、そのような構造を有しない比較例 1一 3の FEDに比べて、放電電圧が格段に向上しており、さらに放電電流値も大幅に抑制されていることがわかる。産業上の利用可能性

[0047] 以上説明したように、本発明によれば、耐圧特性が大幅に向上され、異常放電による電子放出素子や蛍光面の破壊、劣化が防止された画像表示装置を得ることができ、高輝度、高品位の表示を実現することができる。

Claims

請求の範囲

[1] フェースプレートと、前記フェースプレートと対向配置されたリアプレートと、前記リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレート内面に形成された、前記電子放出素子から放出される電子線により発光する蛍光面とを備えており前記蛍光面が、光吸収層および蛍光体層と、前記蛍光体層の上に形成された、分断部を有するメタルバック層と、このメタルバック層の分断部の上に該分断部の両側のメタルバック層に跨って形成された高抵抗被覆層と、前記高抵抗被覆層の上に形成された耐熱性微粒子層と、前記メタルバック層上に膜状に形成され前記耐熱性微粒子層により分断されたゲッタ層を有することを特徴とする画像表示装置。

[2] 前記メタルバック層の分断部が、前記光吸収層の上に位置することを特徴とする請求項 1記載の画像表示装置。

[3] 前記高抵抗被覆層が、 I X 10³— I X 10¹² Ω /口の表面抵抗を有することを特徴とする請求項 1または 2記載の画像表示装置。

[4] 前記耐熱性微粒子の平均粒径が、 5nm— 30 μ mであることを特徴とする請求項 1 記載の画像表示装置。

[5] 前記耐熱性微粒子が、 Si〇、 TiO 、 Al O、 Fe〇力も選ばれる少なくとも 1種の

2 2 2 3 2 3

酸化物の粒子であることを特徴とする請求項 1記載の画像表示装置。

[6] 前記ゲッタ層が、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 W、 Baから選ばれる金属、またはこれらの金属の少なくとも一種を主成分とする合金の層であることを特徴とする請求項 1記