CN1241230C - 带金属衬背的荧光层及其形成方法和图像显示装置 - Google Patents

带金属衬背的荧光层及其形成方法和图像显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带金属衬背的荧光层，该带金属衬背的荧光层具有荧光层与金属衬背层接触面积的比例为30%以上的附着度。在FED中，能够抑制发光亮度降低(膜烧坏)，改善亮度特性。再者，通过将金属衬背层的膜厚设为5至100nm，且光透过率低于10%，可获得反射性强且高亮度的显示。这种带金属衬背的荧光层，是在透光性基板内表面所形成的荧光层上，可使用转印膜将金属膜转印而形成。

Description

带金属衬背的荧光层及其形成方法和图像显示装置
技术领域
本发明涉及带金属衬背的荧光层及其形成方法和具有带金属衬背的荧光层的图像显示装置。
背景技术
以往，在阴极射线管(CRT)或场致发射方式的图像显示装置(FED)等的面板中，在透光性面板的内表面形成的荧光层上(内表面)上，以真空蒸镀等方法形成有铝等的金属衬背层。金属衬背层具有的效果是，将利用从电子源发射的电子使荧光体发出的光中，使得向电子源方向前进的光向面板侧反射，以提高亮度，同时使荧光层的电位稳定，另外还具有的功能是，真空管壳内因残留的气体电离而产生的离子使荧光层损伤。
一般在FED中，电子束的加速电压比，为CRT低500V至10KV，但通过增加电流值而使荧光体发光。因此荧光体的发光亮度随电子束的持续照射而大幅度降低，产生所谓的膜烧坏现象
这种发光亮度降低的一个原因可以认为是由于电子束的照射所产生的电荷聚积在荧光层的缘故。而且，例如图8所示，可知通过在荧光层形成铝的金属衬背层，与没有金属衬背层时相比，可提高亮度。又，这种金属衬背层所产生的抑制发光亮度降低的效果，几乎不因铝膜的厚度而改变。图8的电子束照射条件为以阳极电压6kV、阴极电流150μA/cm2对荧光膜进行点固定连续照射，是在真空度为10-5Pa下测定亮度。
〔发明所要解决的课题〕
然而，采用已往的金属衬背层，无法充分抑制发光亮度的降低(膜烧坏)，又，由于金属衬背层吸收电子束的一部分，导致亮度降低，因此无法实现长时间连续高亮度的荧光面。
本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种可大幅度抑制荧光体发光亮度降低(膜烧坏)的带金属衬背的荧光层与其形成方法，以及可具有改善亮度降低的带金属衬背的荧光层并可高亮度显示的图像显示装置。
发明概述
本发明的第1方式，如本申请第1方面所述，为带金属衬背的荧光层，它具有在透光性基板内表面形成的荧光层与在该荧光层上形成的金属衬背层，其特征在于上述金属衬背层相对于上述荧光层的附着度为两层接触面积的比例在30％以上。
在本发明的带金属衬背的荧光层中，如本申请第2方面所述，上述金属衬背层的厚度可以为5至100nm，且该金属衬背层的光透过率低于10％。又如本申请第3方面所述，在上述金属衬背层的至少一个主表面上具有包括无机系微粒的夹层。
本发明的第2方式，如本申请第4方面所述，为带金属衬背的荧光层形成方法，其特征在于具有以下步骤：在透光性基板的内表面形成荧光层的步骤，配置至少具有底膜与其上的脱模剂层及金属膜的转印膜，使该金属膜通过粘结剂层与上述荧光层连接，在压紧及粘结并转印上述金属膜，使该金属膜与所述荧光层的附着度为两层接触面积的比例在30％以上之后，剥去上述底膜的金属衬背层形成步骤，以及对上述荧光层上形成有上述金属衬背层的基板进行加热处理的步骤。
在本发明的带金属衬背的荧光层形成方法中，如本申请第5方面所述，可在上述金属衬背层形成步骤中具有形成夹层的步骤，该步骤是在上述荧光层上配置上述转印膜之前，在该荧光层上包括无机系微粒的夹层。又，如本申请第6方面所述，可在上述基板的加热处理步骤之后具有形成夹层的步骤，该步骤是在上述荧光层上形成的上述金属衬背层上再形成包括无机系微粒的夹层。
本发明的第3方式，如本申请第7方面所述，为图像显示装置，其特征是在面板上具有本申请第1方面所述的带金属衬背的荧光层。而且，在该图像显示装置中，如本申请第8方面所述，具有上述面板及与该面板相对配置之后面板，且在上述后面板上具有多个电子发射元件。
在本发明的带金属衬背的荧光层中，由于金属衬背层与荧光层的附着度为两层接触面积的比例在30％以上，比已往的附着度高，因此可大幅度抑制荧光体发光亮度的降低。而且，形成这种金属衬背与荧光层的附着度高的带金属衬背的荧光层，是采用转印方式，这样可获得光透过率极低亦即反射性强的金属衬背层，可获得一种可以高亮度且高品质显示的图像显示装置。
附图简要说明
图1A至图1C为分别通过转印方式所获得的带金属衬背的荧光层的放大剖视图
图2A至图2C为分别简要表示图1A至图1C所示的带金属衬背的荧光层的金属衬背层表面状态的立体图。
图3是表示有关带金属衬背的荧光层的电子束照射时间与照射后的亮度维持率(相对亮度)的关系的曲线。
图4是表示以转印方式、天然漆方式、乳胶方式等各种方式分别在荧光层上制成金属衬背层情况下的附着度与光透过率的关系的曲线。
图5是表示对金属衬背层设置内涂层及/或外涂层的带金属衬背的荧光层情况下的亮度降低特性的曲线。
图6是简要表示具有本发明带金属衬背的荧光层一实施例的放大剖视图
图7是简要表示具有本发明的实施例所制成的带金属衬背的荧光层的彩色FED结构立体图。
图8是表示示具有与不具有铝金属衬背层时的亮度降低特性之差异的曲线。
1           玻璃面板
2           荧光体粒子
3           铝金属衬背层
a，b，c     金属衬背层
11          玻璃基板
12          荧光层
12a         荧光体粒子
13          金属衬背层
14          高压端子
15          后面板
16          基板
17          表面传导型电子发射元件
18          支持框
19          面板
20          带金属衬背的荧光层
实施发明的最佳形态
首先，对于带金属衬背的荧光层的金属衬背与荧光层的附着度和荧光体发光亮度的降低(膜烧坏)以及金属衬背的光透过率(反射性)的关系，进行了以下所示的详细实验。
首先，如下所示，研究了附着度与亮度降低的关系。亦即，在以众所周知的方法制成的荧光面上，利用转印方式分别形成与荧光层的附着状态不同的3种铝金属衬背层a、b、c。所获得的带金属衬背的荧光层其放大剖面分别示于图1A至图1C。又，对于图1A至图1C所示的带金属衬背的荧光层，其金属衬背层的表面状态分别以立体图示于图2A至图2C。
将金属衬背层与荧光层接触的面积相对于全部表面积的比例设为附着度，若以显示金属衬背层的表面状态的SEM照片为基准计算附着度，则图1A及图2A所示的金属衬背层a的附着度为70至100％，图1B及图2B所示的金属衬背层b的附着度为30至69％，图1C及图2C所示的金属衬背层c的附着度为不到30％。此外，在上述图中，标号1为玻璃面板那样的透光性基板，2为荧光体粒子，3为铝金属衬背层。
然后，研究了这些带金属衬背的荧光层、以及不具有金属衬背且在玻璃面板与荧光层之间形成导通用的ITO膜的荧光面的亮度降低特性。在测定亮度降低特性时，以加速电压10kV、电流密度0.25μA/mm2、全部表面光栅(raster)信号测定中心亮度，以求出电子束照射时间与照射后的亮度维持率(相对亮度)的关系。将测定结果示于图3。此外，以(a)、(b)、(c)表示具有金属衬背层a、b、c的带金属衬背层的荧光层的测定结果，以(d)表示不具有金属衬背层的荧光面的测定结果。
从上述曲线可知，即使在使用相同的荧光体与金属衬背层时，通过提高金属衬背层与荧光层的附着度，可大幅度改善亮度降低情况。该理由可以认为，是由于荧光层与金属衬背层的附着度越高，则因电子束照射而在荧光层产生的电荷越容易经由金属衬背层泄放至外部，而难以聚积在荧光层。
然后，以不同的金属衬背层的形成方法研究了带金属衬背层的荧光层的附着度与金属衬背层的光透过率(反射性)的关系。
利用转印方式、天然漆方式、乳胶方式等三种方法，分别制成附着度为70至100％的金属衬背层a、附着度为30至69％的金属衬背层b、以及附着度不到30％的金属衬背层c。再对这样利用上述三种方式在荧光层上所分别制成的金属衬背层，分别测定光透过率。分别将测定结果示于表1及图4。此外，在表1的光透过率的评价中，光透过率在10％以下设为◎，11至30％设为○，31至40％设为△，40％以上设为×。
                            (表1)
  a附着度70～100％  b附着度30～69％  c附着度未满30％
  转印方式   ◎   ◎   ◎
  天然漆方式   ×   △   ○
  乳胶方式   ×   △   ○
这里，在上述各方式中，为了形成附着度高的带金属衬背的荧光层，可采用以下所示的方法。
亦即，在利用转印方式形成金属衬背层时，以调整底膜膜厚等方法，提高整个转印膜的柔性，可提高金属衬背层与荧光层的附着度。又，通过控制转印时所使用的热压用橡胶辊的橡胶硬度、加热温度或压紧力等，可调整附着度。通过使热压用橡胶辊的橡胶硬度低于通常的硬度，能够使橡胶辊与转印膜的底膜面更附着，可提高金属衬背层与荧光层的附着度。再者，通过增加橡胶辊的加热温度及或压紧力，能够使橡胶辊与转印膜的底膜面更附着，可提高附着度。
在利用天然漆法形成金属衬背层时，使荧光层的水层减薄(再湿润量)，形成于其上的硝化纤维等天然漆剂容易进入荧光层之间隙，通过这样可提高金属衬背层的附着度。另外，通过减小天然漆膜的厚度，也可以提高金属衬背层的附着度。
在利用乳胶法形成带金属衬背层的荧光层时，通过降低乳胶涂布时荧光层的温度，或缓和加热条件，能够减小乳胶膜的膜厚，可提高金属衬背层与荧光层的附着度。
从表1及图4可知以下所示的内容。亦即，在利用转印方式形成金属衬背层时，即使提高金属衬背层与荧光层的附着度，亦难以使金属衬背层的光透过率增加，从而反射性也不容易降低。
为了防止因针孔而引起荧光体剥落，另外为了抑制因反射性降低而导致亮度降低，必须使金属衬背层的光透过率低于40％，更理想的是抑制到低于10％以下，但在利用转印方式形成金属衬背层时，即使附着度提高至30％以上，也可获得光透过率低于10％以下的极低值、亦即反射性强的金属衬背层。
与上不同的是，在利用天然漆法或乳胶法形成金属衬背层时，当金属衬背层与荧光层的附着度增加时，金属衬背层的针孔急剧增加，而产生反射性降低与起因于此的亮度降低。又，通过增加金属衬背层的膜厚虽可减少针孔，但此时附着度降低而产生亮度降低。从而，在利用天然漆法或乳胶法时可知，若附着度为30至70％，虽可形成具有较良好的反射性的金属衬背层，但难以获得附着度在70％以上的极高值、且光透过率为10％以下的极低值的反射性强的金属衬背层。
另外，进行以下所示的实验，研究了对于金属衬背有无内涂层及外涂层与荧光体的亮度降低的关系。
亦即，在使用转印膜的铝金属衬背层的形成步骤中，在配置转印膜之前，在整个以单色形成蓝色荧光体(ZnS：Ag，Al)的荧光层上，以涂布胶态硅液等方法，形成由硅组成的内涂层，或在进行加热处理(烘烤)后的金属衬背层上，同样的方法形成由硅组成的外涂层。然后，分别形成具有表2所示结构的带金属衬背的荧光层(e)至(h)。
然后，对于带金属衬背的荧光层，利用加速电压10kV、电流密度0.25μA/mm2、全部表面光栅(raster)信号测定中心亮度。然后，求出电子束照射亮度与照射后的亮度维持率(相对亮度)的关系。将测定结果分别示于表2及图5。
                            (表2)
  (e)   (f)   (g)   (h)
  内涂层   有   有   无   无
  外涂层   有   无   有   无
  亮度降低率   -6％   -8％   -10％   -27％
从上述测定结果可知，通过在金属衬背层与荧光层之间设置内涂层，或是在金属衬背层上设置外涂层，可改善亮度降低特性，进而通过设置内涂层及外涂层的两个涂层，可明显抑制亮度降低。该理由可以认为是，对于内涂层，由于在荧光层与金属衬背层之间形成的内涂层隔在当中，填满荧光体粒子间的间隙，因此金属衬背层与荧光层之间的附着度增加，结果可抑制亮度降低。又，对于外涂层，可以认为由于存在金属衬背层上形成的外涂层，则利用荧光体层压紧金属衬背层，故附着度提高，可改善亮度降低情况。
构成上述夹层亦即内涂层及外涂层的材料，可列举有磷酸铝、SiO2、Al2O3、TiO2等无机化合物系的微粒。上述夹层可以利用涂布胶态硅、水玻璃、磷酸系粘结剂及偶联剂等方法形成。
下面，就本发明的最佳实施形态加以说明。此外，本发明并不限定于以下的实施形态。
图6所示为本发明的带金属衬背的荧光层一实施例的剖视图。该带金属衬背的荧光层构成FED的一部份，将具有带金属衬背的荧光层的面板与在基板上配置多个场致发射型或表面传导型的电子发射元件的后面板，隔开规定间隔相对配置，使内部真空封接，构成图像显示装置。
在图中，标号11表示玻璃基板，在该玻璃基板11内表面形成有由荧光体粒子12a组成的层(荧光层)12，在其上形成有铝等金属衬背层13。该金属衬背层13相对于荧光层12的附着度，以金属衬背层13与荧光层12接触的面积相对于全部表面积的比例来计算，以30％以上为好，而更理想的为70％以上。又，金属衬背层13具有5至100nm的厚度，且光的透过率为10％以下。
上述带金属衬背的荧光层，由于金属衬背层13与荧光层12的附着度极高，因此因电子束照射而在荧光层12产生的电荷容易通过金属衬背层13泄放至外部，难以聚积于荧光层12，故荧光体的发光亮度难以产生降低的情况(膜烧坏)。又，由于金属衬背层13的光透过率较低，为10％以下，反射性强，因此能够实现高亮度。
该带金属衬背的荧光层可以使用转印膜利用转印方式形成。亦即，在玻璃基板上利用通常的方法所形成的荧光层上配置在底膜上依次层叠有脱模剂层、金属膜及粘结剂层而形成的转印膜，使粘结剂层与荧光层接触。然后，使用热压用橡胶辊进行加压处理。构成加压部分的橡胶的硬度设为20至100度，将橡胶辊加热至40至250℃，并调整至1至100kg/cm2左右的压紧力，这样进行处理。然后，在剥去底膜之后，将转印有金属膜等的荧光面加热烧结至450℃左右的温度(烘烤)，以除去所残留的有机成分。经过以上步骤，完成与荧光层的附着度高的金属衬背层。
下面，就本发明应用于FED的具体实施例加以说明。
实施例1
首先，在玻璃基板上利用涂浆法分别涂布红色荧光体(Y2O3S系，平均粒径约4μm)、绿色荧光体(ZnS：Cu，Al系，平均粒径约4μm)、蓝色荧光体(ZnS：Ag，Al系，平均粒径约4μm)，并加以干燥，使用光刻法形成图形，以形成荧光层。在其上涂布水玻璃的1％溶液并加以干燥，以形成预涂层(内涂层)。
然后，将在底膜(例如厚度20μm的聚酯树脂薄膜)上依次层叠离模剂层、铝膜(膜厚50nm)及粘结剂而形成的转印膜配置在上述荧光层上，使用橡胶辊(橡胶硬度70度、表面温度200℃)，以压紧力500kg/cm2进行加热转印。然后，在剥离底膜之后，以450℃的温度加热烧结，除去有机成分。这样，完成了在玻璃基板的内表面形成带金属衬背的荧光层的面板。所获得的金属衬背层的膜厚为70nm，若利用SEM照片计算金属衬背层与荧光层的附着度，则约70％。
然后，将在基板上以矩阵状形成多个表面传导型电子发射元件的电子产生源，与后面板固定之后，使该后面板通过支持框并利用焊料玻璃与上述面板封接。然后，进行排气、封装等所需的处理，完成具有图7所示结构的10型彩色FED。此外，图中的标号分别表示：14为高压端子，15为后面板，16为基板，17为表面传导型电子发射元件，18为支持框，19为面板，20为带金属衬背的荧光层。
实施例2
除了在荧光层上不形成预涂层，直接转印金属衬背以外，与实施例1相同，形成带金属衬背的荧光层，完成FED显示装置。金属衬背层的膜厚为70nm，金属衬背层与荧光层的附着度约为40％。
然后，分别对于实施例1及实施例2所获得的FED，利用光栅法，以加速电压10kV、电流密度0.25μA/mm2测定荧光体的亮度降低特性。可知在10小时照射后的亮度维持率(相对亮度)在实施例1中为95％，可明显抑制亮度降低。又，在实施例2中，蓝色荧光层显示约78％的亮度维持率，可获得充分的亮度降低改善效果。再者，在上述任一个实施例中，可证实金属衬背层的光透过率为5％左右，针孔少且反射性良好。
实施例3
在与实施例1相同形成的荧光层上，利用天然漆法形成金属衬背层(铝膜)。为使金属衬背层容易进入荧光层的粒子间，将天然漆膜的厚度设为通常的1/2(约0.5μm)，在其上利用真空蒸镀形成膜厚100nm的铝膜。所获得的金属衬背层与荧光层的附着度为70％。
然后，使用这样在内表面形成有带金属衬背的荧光层的面板，完成FED。然后，对该FED，利用光栅法，以加速电压10kV、电流密度0.25μA/mm2测定荧光体的亮度降低特性，可知在10小时照射后的亮度维持率(相对亮度)为85％，可看出有明显的亮度降低的改善效果。然而，金属衬背层的光透过率较高，约为45％，可见因反射性的降低引起亮度降低。
再者，作为比较例1，是将天然漆膜的厚度采用以往那样的1μm，在其上利用蒸镀形成膜厚100nm的铝膜后，与实施例3一样制成FED。在所获得的FED中，金属衬背层与荧光层的附着度约为20％。该FED的10小时照射后的亮度维持率为60％，亮度降低的改善效果不明显。又，金属衬背层的光透过率较高，约为30％，反射性亦不佳。
实施例4至6
分别使用厚度为5μm、10μm、30μm、50μm的聚酯树脂薄膜作为底膜的转印膜，与实施例2相同，在荧光层上转印形成膜厚70nm的铝膜。热压用橡胶辊的加热温度设为200℃。
然后，使用这样在内表面形成有带金属衬背的荧光层的面板完成FED。然后，计算出金属衬背层与荧光层的附着度。又，对于该FED，利用光栅法，以加速电压10kV、电流密度0.25μA/mm2测定荧光体的亮度降低特性。将上述测定结果示于表3。
                        (表3)
 实施例4  实施例5  实施例6  比较例2
  底膜的膜厚(μm)   5   10   30   50
  附着度(％)   90   85   70   20
  亮度维持率(％)   95   90   88   70
从表3可知，在实施例4至实施例6中所获得的FED，由于其金属衬背层与荧光层的附着度较高，为30％以上，因此在电子束照射下不容易产生荧光体的亮度降低，具有相当高的亮度维持率。与此不同的是，在比较例2中所获得的FED，由于金属衬背层与荧光层的附着度较低，为20％，因此在电子束照射下容易产生荧光体的亮度降低，使亮度维持率变低。
工业上的实用性
如上所述，在本发明的带金属衬背的荧光层中，通过提高金属衬背层与荧光层的附着度，可大幅度抑制荧光体的发光亮度的降低。而且，在形成附着度高的带金属衬背的荧光层中，通过采用转印方式，可获得光透过率极低亦即反射性强的金属衬背层，可获得一种能以高亮度且高品质进行显示的图像显示装置。

Claims (8)

1.一种带金属衬背的荧光层，具有在透光性基板内表面形成的荧光层以及在该荧光层上形成的金属衬背层，其特征在于，
所述金属衬背层相对于所述荧光层的附着度为两层接触面积的比例在30％以上。
2.如权利要求1所述的带金属衬背的荧光层，其特征在于，
所述金属衬背层的厚度为5至100nm，而且该金属衬背层的光透过率低于10％。
3.如权利要求1或2所述的带金属衬背的荧光层，其特征在于，
在所述金属衬背层的至少一个主表面上具有包括无机系微粒的夹层。
4.一种带金属衬背的荧光层的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
在透过性基板的内表面形成荧光层的步骤，
配置至少具有底膜与其上的脱模剂层及金属膜的转印膜、使该金属膜通过粘结剂层与所述荧光层连接，在压紧及粘结并转印所述金属膜，使该金属膜与所述荧光层的附着度为两层接触面积的比例在30％以上之后，剥去所述底膜的金属衬背层形成步骤，以及
对在所述荧光层上形成有所述金属衬背层的基板进行加热处理的步骤。
5.如权利要求4所述的带金属衬背的荧光层的形成方法，其特征在于，
在所述金属衬背层形成步骤中具有形成夹层的步骤，该步骤是在所述荧光层上配置所述转印膜之前，在该荧光层上形成包括无机系微粒的夹层。
6.如权利要求4或5所述的带金属衬背的荧光层的形成方法，其特征在于，
在所述基板的加热处理步骤之后具有形成夹层的步骤，该步骤是在所述荧光层上形成的所述金属衬背层上再形成包括无机系微粒的夹层。
7.一种图像显示装置，其特征在于，
在面板上具有如权利要求1所述的带金属衬背的荧光层。
8.如权利要求7所述的图像显示装置，其特征在于，
具有所述面板及与该面板相对配置的后面板，在所述后面板上具有多个电子发射元件。
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