JP2000021337A - 絶縁膜 - Google Patents
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- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
膜絶縁膜やプラズマディスプレイパネルの基板ガラスに
対するパッシベーション膜として利用でき、表面平滑性
が高く、その上部に設置または構成される部材の形成を
精度よく行うことができる絶縁膜を提供する。 【解決手段】基板上に形成された絶縁膜であって、厚み
が0.5〜5μmで、かつ表面粗さRaが0.01〜
0.5μmである絶縁膜とする。
Description
いた表示装置や露光装置などの画像形成装置、プラズマ
ディスプレイパネル、またはプラズマアドレス液晶ディ
スプレイの部材に形成される絶縁膜に関するものであ
る。
装置として、軽く、薄型のいわゆるフラットディスプレ
イが注目されている。フラットディスプレイとして液晶
ディスプレイが盛んに開発されているが、これには画像
が暗い、視野角が狭いといった課題が残っている。この
液晶ディスプレイに代わるものとして自発光型の放電型
ディスプレイであるプラズマディスプレイパネルや電子
放出素子を用いた画像形成装置は、液晶ディスプレイに
比べて明るい画像が得られると共に、視野角が広い、さ
らに大画面化、高精細化の要求に応えうることから、そ
のニーズが高まりつつある。
ぞれの機能を付与した前面ガラス基板と背面ガラス基板
との間に設けられた放電空間内で、電極間にプラズマ放
電を生じさせ、放電空間内に封入されたガスから発生し
た紫外線を、放電空間内に設けた蛍光体にあてることに
より表示を行う。
基板と背面ガラス基板にはそれぞれ電極が形成されてい
るが、これらを被覆する形で絶縁膜が全面に形成されて
いる。その絶縁膜には、ガラス組成物が用いられるが、
例えば、特開平8−119665号公報においては、基
板の反りが少なく、残留歪みが小さいため割れが生じに
くく、さらに電気的特性に優れているガラス組成物とし
て酸化鉛系ガラス組成物の使用が提案されている。
放出素子と冷陰極電子放出素子の2種類が知られてお
り、冷陰極電子放出素子には電界放出型(FE型と称
す)、金属/絶縁層/金属型(MIM型と称す)や表面
伝導型電子放出素子などがある。冷陰極電子放出素子を
用いた画像形成装置は、それぞれのタイプの電子放出素
子から放出される電子ビームを蛍光体に照射して蛍光を
発生させることで画像を表示するものである。
ラス基板と背面ガラス基板にそれぞれの機能を付与して
用いるが、背面ガラス基板には、複数の電子放出素子と
それらの素子を接続するためのマトリックス状の配線が
設けられている。これらの配線はX方向およびY方向に
設置され電子放出素子の電極の部分で交差するが、この
交差部において両者を絶縁するためにパターン状の絶縁
膜を必須としている。絶縁膜のパターン形状について
は、種々の考案が行われている。このような層間絶縁膜
は、例えば酸化鉛を主成分とするガラスを用いて、膜厚
10〜100μm、好ましくは20〜50μmで形成さ
れる。
電子放出素子の作製において、素子電極を絶縁するため
に真空蒸着法、印刷法、スパッタ法などで形成された酸
化珪素などの絶縁性材料で構成された絶縁膜が用いられ
る。その膜厚は、絶縁膜の製法および素子電極間に印加
される電圧を考慮して設定されるが、数十nm〜数μm
の範囲が好ましい。
表面伝導型電子放出素子を用いる電界放射型表示装置に
関するものであり、下配線を形成した後、それに直交す
る形で帯状の絶縁膜を設置し、その絶縁膜の上に上配線
を形成している。この時、上配線を形成する際のアライ
メントに対する余裕を取るため、交差部では下配線を部
分的にカバーする突出部を有する形状として用いる方法
が提案されている。
装置においても、比較的に薄膜の絶縁膜と厚膜の絶縁膜
が形成される。
やパッシベーション膜(保護膜)としての遮蔽効果の発
現などの機能を有するものであると共に、その上部表面
が平滑であり、その上部に形成される電極配線、隔壁あ
るいは蛍光体層などのパターン精度、それぞれの層との
密着性よく形成するための効果を発揮することが期待さ
れる。さらに、画像形成装置に適用するものとして、光
学的に透明性の高いことが望ましい。
従来の方法で得られた絶縁膜は、薄膜下において、遮蔽
効果や均一かつ表面の平滑性、透明性の点で十分満足で
きるものでなかった。
上部に設置または構成される部材の形成における精度を
高く保持することが可能な薄膜絶縁膜を提供することを
その第1の目的とするものであり、光学的に透明な絶縁
膜を提供することを第2の目的とするものである。
に、本発明の絶縁膜は次の構成からなる。
って、厚みが0.5〜5μmで、かつ表面粗さRaが
0.01〜0.5μmであることを特徴とする絶縁膜で
ある。
また正規透過率は97%以上であることが好ましい。
スプレイパネルや電子放出素子を用いた画像形成装置
(以下電界放射型表示装置と称す)、プラズマアドレス
液晶ディスプレイ等に好ましく用いられるものである。
青板ガラス(ソーダガラス)が使用される。これらの用
途において、ガラス基板のナトリウムなどの不純物を低
減する処理が予め行われているが、それでも尚これらの
成分が電極や配線に悪影響を与えることを抑止するた
め、パッシベーション膜を形成することが好ましいが、
本発明の絶縁膜は、これらの目的にも適用できるもので
ある。
で、かつ表面粗さRaが0.01〜0.5μmである必
要がある。好ましくは、厚みが0.5〜2μm、かつ表
面粗さRaが0.01〜0.1μmであり、さらに好ま
しい表面粗さRaは0.01〜0.04μmである。
下部の配線、電極などの厚み、あるいは遮蔽効果を十分
に発揮する能力に応じて決められる。例えば、電子放出
素子の電極の膜厚は100オングストローム〜1μmの
範囲である。また、パッシベーション膜としては遮蔽効
果や保護効果が有効な範囲で薄い方が好ましい。さらに
プラズマディスプレイパネルの前面ガラス基板や背面ガ
ラス基板に形成された電極の厚みは、電極形成の手法に
もよるが、20nm〜5μmであるのが好ましい。特に
蒸着法、スパッタリング法あるいはスピンコータ法で電
極膜を形成する場合には、厚い膜を形成するのに時間が
掛かるため20nm〜1μmの範囲が好ましい。この点
から、本発明の絶縁膜の厚みは、0.5〜5μmとする
必要がある。
源として画像形成装置を作製する場合、それらを接続す
る配線は導電性金属で構成されるが、配線を被覆する場
合の膜厚は厚い方が電気抵抗を低減できるので有利であ
り、厚膜印刷法で形成する場合には、厚い膜が得られる
ため、2〜5μmが好ましい。
ぎて電極上に形成した場合に、電極表面の凹凸の影響を
受けて、パッシベーション膜や層間絶縁膜の機能が発揮
できない。また、ソーダガラス基板上からのアルカリ金
属成分のマイグレーションを回避ができない。5μmを
超えると焼成後に緻密な膜を均一に形成することができ
ない。また、膜が厚くなり、全光線透過率や正規透過率
が低下する。
みを有すると同時に、表面粗さRaが0.01〜0.5
μmであることを特徴としている。
均粗さを意味し、その定義はJISB0601に準拠す
るものであり、粗さ曲線を基にして得られる物性値であ
る。粗さ曲線は、対象面に直角な平面で対象面を切断し
た時にその切り口に現れる輪郭から、表面のうねり成分
を除去した曲線のことである。また、中心線は、この粗
さ曲線の平均線に平行に直線を引いた時に、この直線と
粗さ曲線で囲まれた面積が、この直線の両側で等しくな
る直線のことである。中心線平均粗さは、粗さ曲線と中
心線とで囲まれた面積を測定長さで除した値をμm単位
で表したもので、測定範囲内の表面の凹凸の程度を表し
ている。測定には、触針式粗さ計(例:(株)小坂研究
所製 粗さ測定器SE−3300)を用いた。
μmであることが、絶縁膜上に設置または構成される機
能部材の寸法精度や位置精度に支障を与えない点で必要
である。0.01〜0.1μmの範囲が好ましく、0.
01〜0.04μmであることがさらに好ましい。
層した場合に、密着力が低下する。0.5μmを超える
と、表面粗さの影響を受けて光線透過率や正規透過率が
低下する。特に、電極の上に積層した場合は、光線透過
率、正規透過率の低下が顕著になる。
粗さRaの特徴に加えて、光学的に透明なことが好まし
く、全光線透過率が96%以上、また正規透過率が97
%以上であることが好ましい。全光線透過率の測定は、
分光光度計(島津製作所製UV−3101PC)を用い
て行った。測定条件は次の通りである。
た後、積分球の直進光を測定する部分(白板:出口窓に
とりつける部分)を取り外し、直進光を検出しないよう
にして拡散透過率T2(散乱などによって直進せずに透
過した光の割合)を測定した。そして、次式に従って、
正規透過率(直進透過率ともいう)T3を計算により求
めた。
するには、絶縁膜を構成するガラス成分が均一に溶融し
て組成の分布や気泡の発生などがないことが重要であ
る。組成の分布が起こると、屈折率が異なる部分が存在
することになり、散乱などの原因となり、全光線透過率
が減少すると共に、正規透過率も低下する。気泡の存在
も同様の影響を与える。そのため、絶縁膜を構成するガ
ラスペースト塗布膜を焼成する際に、用いるガラス基板
が熱変形を起こさない温度範囲において、ガラスペース
トに用いられている有機成分を完全に除去すると共に、
ガラス成分が溶融することが必要である。
400〜550℃、軟化点450〜600℃のガラスで
構成されていることが好ましい。ガラス転移点が400
℃より低く、軟化点が450℃より低い場合には、絶縁
膜を形成した後に、その絶縁膜を伴う部材または部品が
経由する後工程においての加熱条件で変形、変質などの
変化を起こす可能性があるので好ましくない。また、ガ
ラス転移点が550℃より高く、軟化点が600℃より
高い場合には、焼成工程において基板ガラスの熱変形が
起こる可能性がある。
れる絶縁膜が高い光線透過率を示すガラス成分として、
酸化ビスマスを含有する組成物および酸化鉛を含有する
組成物が好ましく挙げられる。
て、酸化物換算表記で 酸化ビスマス 20〜70重量% 酸化珪素 3〜30重量% 酸化ホウ素 10〜30重量% 酸化亜鉛 10〜40重量% 酸化ジルコニウム 3〜10重量% の組成からなるガラスを80重量%以上含有するものが
好ましい。
スマスは、20〜70重量%の範囲で配合される。20
重量%未満では、焼成温度や軟化点を制御するのに効果
が少ない。70重量%を超えるとガラスの耐熱温度が低
くなりすぎてガラス基板上への焼き付けが難しくなる。
酸化ビスマスは比重が高いので、その含有比率が大きな
ガラスは密度が大になり、従って屈折率が大きくなるの
で、この点からも70重量%以下が好ましい。
される。3重量%未満の場合は、ガラス層の緻密性、強
度や安定性が低下し、またガラス基板と熱膨張係数のミ
スマッチが起こり所望の値から外れる。30重量%を超
えると、軟化点やガラス転移点が上昇し、耐熱温度が増
加する。このため600℃以下でガラス基板上に緻密に
焼き付けることが難しくなり、気泡が残留し、電気絶縁
性が低下する傾向がある。また、酸化珪素は屈折率が低
い成分であり、この割合が高いガラスは屈折率が低くな
り、この点からも30重量%以下が好ましい。
配合されることによって、電気絶縁性、強度、熱膨張係
数、緻密性などの電気、機械および熱的特性を向上する
ことができる。30重量%を超えるとガラスの安定性が
低下する。
合される。10重量%未満では緻密性向上の効果が無
く、40重量%を超えると、焼き付け温度が低くなり過
ぎて制御しにくくなり、また絶縁抵抗が低くなるので好
ましくない。
で配合される。酸化ジルコニウムはガラスの耐酸性を向
上する。すなわち、ペーストを構成する有機成分と反応
してゲル化することを抑制する効果がある。3重量%未
満ではゲル化を抑制する効果が少ない。10重量%を超
えるとガラスの耐熱温度が高くなり過ぎてガラス基板上
への焼き付けが難しくなる。
ラス組成物として、酸化物換算表記で、 酸化鉛 60〜70重量% 酸化珪素 12〜17重量% 酸化ホウ素 8〜15重量% 酸化亜鉛 5〜12重量% 酸化アルミニウム 0.1〜5重量% の組成範囲からなるガラスを80重量%以上含有するも
のが好ましい。
満では、軟化点が高く流動性が悪く焼成不足となり、緻
密性が損なわれる傾向がある。また、70重量%を超え
ると、熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラス基板の反
りの原因となることがあるので好ましくない。
軟化点が低くなり過ぎ耐熱性は低下し、後工程において
支障を生じる懸念がある。また、17重量%を超えると
軟化点が高くなり過ぎてガラス基板への焼き付けが難し
くなる。
き付け不良となり、15重量%を超えると化学的耐久性
が悪くなるので好ましくない。
スの融解性が悪く、12重量%を超えると化学的耐久性
が悪くなる傾向がある。
性の向上のため使用する。0.1重量%未満では効果が
なく、5重量%を超えるとガラスの軟化点が高くなり過
ぎるのでガラス基板への焼き付けが難しくなる。
上記の通り、酸化ビスマス含有系の配合組成を有するも
のおよび酸化鉛含有系の配合組成を有するものである
が、さらにこれらのガラスは、実質的にアルカリ金属を
含有しないことが好ましい。実質的に含有しないとは、
含有しても0.5重量%以下、好ましくは0.1重量%
以下であることを意味する。
ついて説明する。
および酸化物換算表記のガラス類を用いて構成したペー
ストを塗布し、これを焼成して形成される。この場合、
ガラスの粒度とその分布が絶縁膜を形成する上で重要で
あり、ペースト中でのガラスの充填性、分散性、ペース
トの塗布性、ペーストから得られる塗布膜の緻密性、気
泡の含有量などに影響を与える。
均粒子径が0.3〜1.5μm、最大粒子径が10μm
以下であることが好ましい。さらに10体積%粒子径が
0.2〜0.8μm、90体積%粒子径が2.5μm以
下であることが好ましい。ガラス微粒子の平均粒子径が
0.3μmより小さい場合には、ガラス微粒子の凝集が
起こりやすく、1.5μmより大きいと焼成時に十分流
動して緻密な絶縁膜を形成することが難しい。さらに、
膜中に気泡(ボイド)を生じやすくなるので好ましくな
い。
構成したペーストを必要箇所に塗布した後、焼成して行
われる。なおペーストとしては、例えば、セルロース樹
脂、アクリル樹脂等の有機バインダーに上記ガラス微粒
子を分散させたものが挙げられ、塗布方法に応じて有機
溶媒で粘度を調整し、ガラス基板上に塗布される。
には、ペーストを既存の塗布方法のいずれかを用いて塗
布し、乾燥後、焼成して形成する。一方、絶縁膜をパタ
ーン状に形成する場合には、スクリーン印刷法、フォト
レジスト膜を用いてパターン化した後エッチングする方
法(フォトリソ法)およびペースト自体に感光性の機能
を付与してパターン化を行う感光性ペースト法などが用
いられる。本発明の絶縁膜は、これらいずれの方法によ
って形成されたものであってもよい。
ストの粘度・チキソトロピー性・レベリング性、印刷条
件、すなわち印刷速度、スキージの角度、スクリーンの
メッシュなどを適宜選定することによってなされる。ま
た、表面粗さの調整は、上述のガラス粉末の粒子サイズ
・熱特性を厳密に制御することによって達成される。
部に形成される部材を精度よく形成でき、電子放出素子
を用いた画像形成装置、プラズマディスプレイパネルお
よびプラズマアドレス液晶ディスプレイの絶縁膜として
好ましく用いることができる。
する。ただし、本発明はこれに限定されるものではな
い。なお、実施例中の濃度は断りのない場合は重量%で
ある。
を用意した。
珪素20%、酸化ホウ素20%、酸化亜鉛15%、酸化
ジルコニウム7%、酸価バリウム5%、酸化アルミニウ
ム5%。ガラス転移点500℃、軟化点539℃、平均
粒子径1.2μm、最大粒子径8μm。
ル溶液30gに、上記酸化ビスマス含有系ガラス微粒子
70gを混合し、三本ロールで混練して絶縁膜ペースト
を得た。
ストを塗布し、乾燥後、560℃で焼成してパッシベー
ション膜として作用する絶縁膜を形成した。
2.5μmで、そのRaは0.3μmであった。また、
絶縁膜の全光線透過率と正規透過率はそれぞれ96%と
97%であった。その上に、Ti(厚み5nm)下引き
Pt(厚み30nm)からなる素子電極(Pt/Ti)
を形成した。すなわち、フォトレジストパターンを有機
溶剤で溶解し、Pt/Ti堆積膜をリフトオフして作製
して、素子電極間隔(L)が10μm、電極幅(W)1
00μmの素子電極を形成した。次に500℃でアニー
リングしたところ、電極膜の光沢の変化やしわ発生もな
く良好な高密着力のある電極が得られた。
亜鉛9.5%、酸化アルミニウム4.5%の組成を有す
る酸化鉛含有ガラス微粒子を用いた以外は、実施例1を
繰り返した。この酸化鉛含有ガラス微粒子の平均粒子径
は0.8μm、最大粒子径は6μmであった。この絶縁
膜の厚みは1.5μm、Raは0.28μm、全光線透
過率98%、正規透過率97%であった。次に、実施例
1と同じように絶縁膜上に電極を形成し、アニーリング
したところ、電極の光沢の変化やしわ発生もなく良好な
素子電極が形成できた。
重量部、感光性ポリマ(X−4007)15重量部、感
光性モノマ(MGP400)15重量部、光重合開始剤
(IC369)2.4重量部、増感剤(DETX−S)
2.4重量部を配合し、γ−ブチロラクトンの添加量で
粘度を調整して感光性絶縁膜ペーストを作製した。
素子を有する電子源基板を得るために、青板ガラス上に
真空蒸着法を用いてCr/Cu/Cr(300A/70
00A/300A)からなる下部配線を形成した後、感
光性絶縁膜ペーストを乾燥厚み3μmになるようにブレ
ードコーターで塗布した。モデルとして200μm×1
50μmの開口部を有するパターンがX方向とY方向に
それぞれ500μmピッチで配置されたフォトマスクを
介して塗布膜にパターン露光し、アルカリ水溶液で現像
してパターン化した。これを560℃で焼成して、厚さ
2μmの絶縁膜パターンを形成した。
m、全光線透過率98%、正規透過率98%あった。
鉛含有系ガラス微粒子とし、スクリーン印刷法で上下配
線間のパターン化された層間絶縁膜を実施例3と同様に
形成した。形成された絶縁膜の特性は、実施例2の場合
と同様であった。
6μm、最大粒子径は4.5μmの粉末を用い、実施例
1を繰り返した。この絶縁膜の厚みは1.2μm、Ra
は0.08μm、全光線透過率99%、正規透過率98
%であった。
極を形成し、アニーリングしたところ、電極の光沢の変
化やしわ発生もなく良好な素子電極が形成できた。
2μm、最大粒子径は11μmの粉末を用いた以外は、
実施例1を繰り返した。この絶縁膜の厚みは3.2μ
m、Raは0.8μm、全光線透過率94%、正規透過
率90%であった。次に、実施例1と同じように絶縁膜
上に電極を形成し、アニーリングしたところ、電極にし
わが発生し、光沢がなくなり、電極と絶縁膜から剥がれ
た。
6μm、最大粒子径は22μmの粉末を用いた以外は、
実施例1を繰り返した。この絶縁膜の厚みは5.2μ
m、Raは1.2μm、全光線透過率90%、正規透過
率85%であった。次に、実施例1と同じように絶縁膜
上に電極を形成し、アニーリングしたところ、電極にし
わが発生し、光沢がなくなり、電極と絶縁膜から剥がれ
た。
クリレート、30%スチレンからなる共重合体のカルボ
キシル基に対して0.4当量のグリシジルメタクリレー
トを付加反応した重量平均分子量43,000,酸価9
5の側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有す
るポリマ。
H3))nNX2 ここでX=-CH2CH(OH)CH2OCOCH(CH3)=CH2 n=2〜10 IC369:Irgacure369(チバ・ガイギー社製品) 2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェ
ニル)ブタノン-1 DETX−S:2,4-ジエチルチオキサントン
絶縁膜であって、厚みが0.5〜5μmで、かつ表面粗
さRaが0.01〜0.5μmであるため、表面平滑性
・密着性が高く、その上部に設置または構成される部材
の形成を精度よく行うことができ、電子放出素子を有す
る画像形成装置における薄膜絶縁膜やプラズマディスプ
レイパネルの基板ガラスに対するパッシベーション膜と
して好ましく利用できる。特に、全光線透過率を96%
以上、正規透過率を97%以上とすることにより、画像
表示装置に適した光学的透明性を有する絶縁膜となる。
Claims (9)
- 【請求項1】基板上に形成された絶縁膜であって、厚み
が0.5〜5μmで、かつ表面粗さRaが0.01〜
0.5μmであることを特徴とする絶縁膜。 - 【請求項2】厚み0.5〜2μmであって、かつ表面粗
さRaが0.01〜0.1μmであることを特徴とする
請求項1記載の絶縁膜。 - 【請求項3】全光線透過率が96%以上であることを特
徴とする請求項1または2記載の絶縁膜。 - 【請求項4】正規透過率が97%以上であることを特徴
とする請求項1〜3いずれか1項記載の絶縁膜。 - 【請求項5】ガラス転移点400〜550℃、軟化点4
50〜600℃のガラスからなることを特徴とする請求
項1〜4いずれか1項記載の絶縁膜。 - 【請求項6】酸化物換算表記で、 酸化ビスマス 20〜70重量% 酸化珪素 3〜30重量% 酸化ホウ素 10〜30重量% 酸化亜鉛 10〜40重量% 酸化ジルコニウム 3〜10重量% の範囲の組成からなるガラスを80重量%以上含有する
ことを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の絶縁
膜。 - 【請求項7】酸化物換算表記で、 酸化鉛 60〜70重量% 酸化珪素 12〜17重量% 酸化ホウ素 8〜15重量% 酸化亜鉛 5〜12重量% 酸化アルミニウム 0.1〜5重量% の範囲の組成からなるガラスを80重量%以上含有する
ことを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の絶縁
膜。 - 【請求項8】実質的にアルカリ金属を含有しないことを
特徴とする請求項1〜7いずれか1項記載の絶縁膜。 - 【請求項9】電子放出素子を用いた画像形成装置、プラ
ズマディスプレイパネル、プラズマアドレス液晶ディス
プレイの絶縁膜に用いられることを特徴とする請求項1
〜8いずれか1項記載の絶縁膜。
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1998
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