JP2000311640A - 絶縁膜および蛍光表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形成対象に反りなどを発生させることなく、
かつ、剥がれ難いなど機械的な強度を備えた状態で絶縁
膜を形成できるようにする。 【解決手段】 絶縁体からなる粉体層１０４ａとそれら
の隙間を填めて表面を覆うように形成された固定層１０
４ｂとから絶縁膜１０４を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蛍光表示装置の
電子引き出し電極などの板状の基体表面に形成されて用
いられる絶縁膜およびその絶縁膜を用いた蛍光表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＥＤ（Field Emission Display）は、
２次元マトリクス状に配置した電子源から放出された電
子を、対向電極に形成された蛍光体からなる発光部に衝
突させて発光させるフラットパネル（平面）ディスプレ
イである。このＦＥＤは、サブミクロン〜ミクロンサイ
ズの微小真空管，すなわち，電界放出型冷陰極電子源を
用いた真空マイクロデバイスの一種である。基本構成
は、従来の真空管と同じ３極管であるが、熱陰極を用い
ず、陰極（エミッタ）に高電界を集中して量子力学的な
トンネル効果により電子を引き出すようにしている（冷
陰極）。

【０００３】この引き出した電子を、陽極／陰極間の電
圧で加速し、陽極に形成した蛍光体膜に衝突・励起させ
て発光させる。陰極線による蛍光体の励起発光という点
では、ブラウン管と同じ原理である。この電子を引き出
す部分に関して説明すると、図３（ａ）の断面図に示す
ように、真空容器の一部を構成している基板３０１上
に、リブ３０２が所定間隔で配置され、そのリブ３０２
で挾まれた領域に電子放出部３０３が形成されている。
そして、リブ３０２上に、電子引き出し電極３０４が配
置され、電子放出部３０３と電子引き出し電極３０４と
の間に所定の電圧を印加することで、電子放出部３０３
より電子を引き出すようにしている。

【０００４】その電子引き出し電極３０４は、図３
（ｂ）に示すように、金属の板から構成され、所定の間
隔で開口部３０４ａが複数形成されたメッシュ状のもの
である。ところで、電子引き出し電極３０４と電子放出
部３０３との間隔は、可能な限り短くした方が、より低
い電圧でより多くの電子を放出させることができるよう
になる。しかしながら、それらを近づけすぎれば接触す
る箇所が発生するようになるが、電子引き出し電極３０
４と電子放出部３０３とが接触しては電子を引き出すこ
とができない。

【０００５】ここで、図３（ｃ）に示すように、電子引
き出し電極３０４の裏面の所定領域に絶縁膜３０５を形
成し、これをスペーサとして用いることで電子引き出し
電極３０４と電子放出部３０５をより近設させることが
できる。図３（ａ）に示したリブ３０２を用いる場合に
比較して、絶縁膜３０５をスペーサとして用いる場合、
離間させる間隔は絶縁膜３０５の膜厚で制御することに
なる。そして、まず、複数のリブ３０２の高さを均一に
制御することに比較し、絶縁膜３０５などの膜厚制御は
より容易である。また、絶縁膜３０５は、制御性よく数
μｍの単位で非常に薄く形成することも可能である。こ
のため、絶縁膜３０５をスペーサとして用いるようにす
れば、電子放出部３０３上に電子引き出し電極３０４を
接触させることなくより近設させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、その絶縁膜
３０５を形成する材料としては、スパッタ法や蒸着法で
形成できる酸化シリコンや、有機金属化合物や金属アル
コキシドなどを焼成（酸化）することで形成できる金属
酸化物などが一般的に用いられている。しかし、それら
は緻密な絶縁膜を形成できるが、まず、スパッタ法など
で形成した酸化シリコンなどの金属酸化物を絶縁膜に用
いた場合、膜が緻密で密着力も強く、そして、金属材料
とは膨張係数が異なるため、上述したような電子引き出
し電極などに用いる薄い金属板では反りが発生してしま
うという問題があった。また、焼成して形成する絶縁膜
の場合も、焼成するときに大きく体積変化するため、電
子引き出し電極に大きな反りが発生し、場合によっては
絶縁膜が剥離するなどの問題があった。

【０００７】一方、絶縁粉体（絶縁体粒子）を有機バイ
ンダーに分散させたペーストを塗布し、これを焼成して
有機バインダーを除去して形成した粉体層からなる絶縁
膜を用いることもできる。しかしながら、その絶縁膜で
は、絶縁粉体の機械的強度が低く、電子引き出し電極か
ら粉体層を形成している絶縁体粒子が脱離しやすいとい
う問題があった。この発明は、以上のような問題点を解
消するためになされたものであり、形成対象に反りなど
を発生させることなく、かつ、剥がれ難いなど機械的な
強度を備えた状態で絶縁膜を形成できるようにすること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の絶縁膜は、板
状の基体表面に形成された絶縁膜であり、その基体表面
に形成された複数の絶縁物粒子からなる粉体層と、この
粉体層を覆うように形成された酸化物絶縁体からなる固
定層とから構成するようにした。このように構成したの
で、固定層の体積変化が粉体層で吸収されるようにな
る。そのように構成した中で、絶縁物粒子は、粒径が５
μｍ以下であり、かつ、金属の酸化物，窒化物，弗化物
のいずれか１種類以上から構成すれば良い。また、絶縁
物粒子は、粒径が１００μｍ以下のガラス球から構成し
ても良い。一方、固定層は、基体金属がシリコン，チタ
ン，マグネシウム，タンタル，アルミニウムのいずれか
からなる酸化物で構成すれば良い。

【０００９】また、この発明の蛍光表示装置は、少なく
とも一部が透光性を有する表示面を有して内部が所定の
真空度とされた外囲器と、表示面の内側に選択的に形成
されかつ所定の電位が印加される蛍光体からなる発光部
と、外囲器内部に配置されて発光部に対して電子を放出
する電子放出部と、電子放出部上に載置された電子放出
部から電子を引き出すための電子引き出し電極と、電子
引き出し電極の電子放出部側に上述した複数の絶縁物粒
子からなる粉体層と、この粉体層を覆うように形成され
た酸化物絶縁体からなる固定層とから構成された絶縁膜
とを備えるようにした。この結果、この蛍光表示装置に
おいては、絶縁膜により電子放出部と電子引き出し電極
とが離間されている。ここで、その電子引き出し電極
は、複数の開口部が形成された金属板から構成すればよ
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。なお、この実施の形態では、蛍光表
示装置である平面ディスプレイに用いられる電子引き出
し電極に絶縁膜を形成する場合を例にとり説明する。そ
の平面ディスプレイの構成に関して説明すると、図１
（ａ）に示すように、まず、真空容器の一部を構成して
いる基板１０１上に、平面型の電子放出部１０２がスト
ライプ状に形成されている。その電子放出部１０２を構
成するものとして様々の平面型電子放出材料が開発され
ており、たとえば、単結晶ダイヤモンド，多結晶ダイヤ
モンド，非晶質ダイヤモンド，ダイヤモンドライクカー
ボン，非晶質カーボン，カーボンナノチューブなどで代
表される炭素系電子放出材料がある。そして、その上
に、裏面に絶縁膜１０４が形成された電子引き出し電極
１０３が配置されている。

【００１１】その電子引き出し電極１０３は、複数の開
口部１０３ａが形成され、また、電子放出部１０２と垂
直な方向にストライプ状に分割されている。その電子引
き出し電極１０３は、例えば、金属シートをエッチング
加工すれば形成でき、開口部１０３ａの穴径は、例え
ば、２０〜１００μｍとすれば良い。このストライプ形
状の電子引き出し電極１０３と電子放出部１０２との交
差する領域が、１つの表示ドットを構成することにな
る。また、絶縁膜１０４は、電子引き出し電極１０３裏
面の所定領域に形成され、電子放出部１０２と電子引き
出し電極１０３とを近設させかつ離間させるスペーサと
して機能している。

【００１２】そして、この実施の形態では、図１（ｂ）
に模式的に示すように、絶縁膜１０４を、絶縁体からな
る粉体層１０４ａとそれらの隙間を填めて表面を覆うよ
うに形成された固定層１０４ｂとから構成するようにし
た。なお、図１（ｂ）は模式的に示したものであり、粉
体層１０４ａは一層からなるものに限定されることはな
く、図２に示すように、複数層が重なった状態となって
いてもよい。その粉体層１０４ａは、粒径５μｍ以下の
複数の粒子から構成され、また、金属酸化物，金属窒化
物，金属弗化物のいずれか１つ以上を含んでいる。たと
えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、フッ化マグネ
シウムなどの絶縁性粒子や、酸化鉄やＣｏＯ・Ａｌ₂Ｏ₃
などの複合酸化物系顔料粒子などが使える。なお、粉体
層１０４ａは、例えば、粒径が最大１００μｍ程度のガ
ラス球から構成するようにしても良い。このガラス球を
用いる場合、粉体層１０４ａはガラス球単層から構成す
ればよい。

【００１３】なお、ガラス球を用いる場合、望ましくは
その径を２０μｍ以下とした方がよい。電子放出のため
の駆動電圧を考えた場合、電子放出部１０２から実用的
な電流量を得る電界を１０Ｖ／μｍとすると、電子放出
部１０２と電子引き出し電極１０３との間隔が１００μ
ｍでは１０００Ｖの駆動電圧となり、スイッチングの実
用範囲外となる。このため、一般的な電子放出部を用い
た場合、電子放出部と電子引き出し電極との間隔は２０
μｍ程度が実用範囲内であり、このためには、上述した
ガラス球の直径は２０μｍ以下となる。ただし、１０Ｖ
／μｍ以下の電界強度で実用的な電子放出が得られる電
子放出部も開発されてきており、電子放出部と電子引き
出し電極との間隔が１００μｍでも十分実用範囲となっ
てきている。このような場合では、ガラス球の直径が１
００μｍであっても、実使用範囲となる。

【００１４】この絶縁膜１０４の形成に関して簡単に説
明すると、まず、金属酸化物，金属窒化物，金属弗化物
などからなる平均粒径０．５μｍ程度の複数の粒子から
なる粉体を、セルロースなどを有機溶媒に溶解したビヒ
クル中に分散させた粉体ペーストを用意する。この場
合、絶縁膜１０４に使用する粉体は、粒子系が小さい方
が膜厚の制御が容易になるので、粒子系が小さいものを
選択する。次に、その粉体ペーストを前述した電子引き
出し電極１０３の一方の面に塗布する。そして、粉体ペ
ースト層を例えば４００℃程度に加熱して焼成し、電子
引き出し電極１０３の一方の面に粉体層１０４ａを形成
する。

【００１５】そして、例えば、シリコンの有機化合物
（シリコンアルコキシド）を加水分解および脱水縮合さ
せることにより形成したゾルを粉体層１０４ａの上に塗
布し、これを酸素が存在する雰囲気で４００℃程度に加
熱して焼成することで、固定層１０４ｂが形成できる。
それらの結果、図２に示すように、電子引き出し電極１
０３の一方の面に、複数の絶縁粒子が堆積した粉体層１
０４ａと、これらを覆う固定層１０４ｂとからなる絶縁
膜１０４が形成される。そして、この実施の形態では、
絶縁膜１０４を粉体層１０４ａと固定層１０４ｂとから
構成したので、例えば絶縁膜１０４を形成する段階で発
生する体積変化が抑制されるようになる。

【００１６】前述したように、有機金属化合物や金属ア
ルコキシドなどを焼成することで形成できる金属酸化物
では、緻密な絶縁膜を形成できる。しかし、絶縁膜の形
成段階で大きく収縮するため、電子引き出し電極１０３
を反らしてしまう。しかしながら、この実施の形態で
は、図２に示すように、絶縁膜１０４のほとんどの部分
が粉体層１０４ａで構成され、この粉体層１０４ａの隙
間を填めて表面を覆うように金属酸化物からなる固定層
１０４ｂが形成されている。従って、固定層１０４ｂの
占める割合は非常に小さく、それらが体積変化を起こし
ても、発生する応力は非常に小さいものとなり、また、
発生した応力は粉体層１０４ａに吸収されるので、固定
層１０４ｂが存在していても電子引き出し電極１０３に
反りを発生するようなことがない。

【００１７】一方、粉体層１０４ａは、個々の絶縁粒子
が温度変化などにより変形したとしても、それぞれが分
離して存在しているために電子引き出し電極１０３に影
響を与えることがない。また、粉体層１０４ａは固定層
１０４ｂにより覆われているので、絶縁粒子が脱離する
などのことがなく、機械的強度が保たれている。また、
固定層１０４ｂを酸化シリコンなどの金属酸化物から構
成しても、これは粉体層１０４ａを覆うように形成すれ
ば良く、前述したように薄く形成できるので、固定層１
０４ｂに問題となる大きなクラックが発生することはほ
とんどなく、固定層１０４ｂ自身が剥がれることもほと
んどない。なお、固定層１０４ｂにも微少なクラックは
発生するが、粉体層１０４ａに応力が吸収されるので、
そのクラックが大きくなることがない。このように、こ
の実施の形態によれば、電子引き出し電極１０３に反り
などを発生させることなく、かつ、剥がれ難いなど機械
的な強度を備えた状態で絶縁膜１０４を形成できるよう
になる。

【００１８】一方、以上のようにして形成された電子引
き出し電極１０３の上方には、透明な前面ガラス基板１
０５が、真空容器の一部の構成として基板１０１に対向
配置している。この前面ガラス基板１０５と基板１０１
とは、所定の距離離れて配置し、また、この前面ガラス
基板１０５と基板１０１との間は真空排気されて所定の
真空度とされている。そして、前面ガラス基板１０５の
内側に、蛍光体からなる発光部１１０が形成され、その
表面にはアルミニウム膜を蒸着することで形成されたメ
タルバック膜１１１が形成されている。

【００１９】その発光部１１０を構成する蛍光体として
は、ＣＲＴなどに用いられる、４〜１０ｋｅＶと高いエ
ネルギーで加速した電子を衝突させることで発光する蛍
光体を用いるようにすれば良い。なお、発光部１１０を
構成する蛍光体に、蛍光表示管などで用いられる、１０
〜１５０ｅＶと低いエネルギーで加速した電子で発光す
る蛍光体を用いるようにしても良い。この場合、メタル
バック膜１１１を形成せずに、発光部１１０と前面ガラ
ス基板１０４との間に透光性を有する透明電極を配置
し、この透明電極により発光部１１０に電位を印加する
構成とする。

【００２０】以上に説明した構成において、まず、電子
放出部１０２に対して電子引き出し電極１０３が高い電
位となるように電圧を印加することで、電子放出部１０
２の電子引き出し電極１０３と交差する領域から電子が
放出される。加えて、それらより高い電位となるように
メタルバック膜１１１に電圧を印加することで、その放
出された電子が、電子放出部１０２に対向する位置の発
光部１１０に到達し、発光部１１０のその部分が発光す
ることになる。また、複数の電子放出部１０２と複数の
電子引き出し電極１０３でマトリクスが構成され、平面
ディスプレイを構成するようにしている。なお、発光部
１１０を、赤緑青のストライプ状の蛍光体から構成すれ
ば、カラー表示が可能な平面ディスプレイとすることが
できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、板
状の基体表面に絶縁膜を形成するとき、その基体表面に
形成された複数の絶縁物粒子からなる粉体層と、この粉
体層を覆うように形成された酸化物絶縁体からなる固定
層とから絶縁膜を構成するようにした。このように構成
したので、固定層の体積変化が粉体層で吸収されるよう
になるので、この発明によれば、形成対象に反りなどを
発生させることなく、かつ、剥がれ難いなど機械的な強
度を備えた状態で絶縁膜を形成できるという優れた効果
を有している。また、粉体層を厚くすれば容易に厚い絶
縁層を形成でき、また、このよう絶縁膜を厚くしても固
定層は厚くする必要がないので、クラックなどが発生す
る事のない状態で、絶縁膜の厚さを自由に厚くできる。
また、粉体層を絶縁粒子１個分の厚さとし、その絶縁粒
子をガラス球から構成すれば、ガラス球はそれぞれを均
一な径で製造できるので、均一な所定のギャップを絶縁
膜で構成することができるようになる。一方、絶縁粒子
の大きさを微細なものにすれば、非常に狭い間のスペー
サとして用いることもできる。

【００２２】また、この発明では、少なくとも一部が透
光性を有する表示面を有して内部が所定の真空度とされ
た外囲器と、表示面の内側に選択的に形成されかつ所定
の電位が印加される蛍光体からなる発光部と、外囲器内
部に配置されて発光部に対して電子を放出する電子放出
部と、電子放出部上に載置された電子放出部から電子を
引き出すための電子引き出し電極と、電子引き出し電極
の電子放出部側に上述した複数の絶縁物粒子からなる粉
体層と、この粉体層を覆うように形成された酸化物絶縁
体からなる固定層とから構成された絶縁膜とを備えるて
蛍光表示装置を構成するようにした。従って、この蛍光
表示装置ではでは、絶縁膜により電子放出部と電子引き
出し電極とが離間されている構成となり、電子引き出し
電極に反りが発生することなく、また、機械的な強度を
備えた状態の絶縁膜が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態における絶縁膜が用い
られる平面ディスプレイの構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の他の形態における絶縁膜の構成を
示す断面図である。

【図３】 一般的な平面ディスプレイの構成を示す構成
図である。

【符号の説明】

１０１…基板板、１０２…電子放出部、１０３…電子引
き出し電極、１０３ａ…開口部、１０４…絶縁膜、１０
４ａ…粉体層、１０４ｂ…固定層、１０５…前面ガラス
基板、１１０…発光部、１１１…メタルバック膜。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の基体の片面に形成された絶縁膜で
   あって、 前記基体表面に形成された複数の絶縁物粒子からなる粉
   体層と、 この粉体層を覆うように形成された酸化物絶縁体からな
   る固定層とから構成されたことを特徴とする絶縁膜。
2. 【請求項２】 請求項１記載の絶縁膜において、 前記絶縁物粒子は、粒径が５μｍ以下であり、かつ、金
   属の酸化物，窒化物，弗化物の少なくともいずれか１つ
   以上を含んで構成されたことを特徴とする絶縁膜。
3. 【請求項３】 請求項１記載の絶縁膜において、 前記絶縁物粒子は、粒径が１００μｍ以下のガラス球か
   ら構成されたことを特徴とする絶縁膜。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の絶縁
   膜において、 前記固定層は、基体金属がシリコン，チタン，マグネシ
   ウム，タンタル，アルミニウムのいずれかであることを
   特徴とする絶縁膜。
5. 【請求項５】 少なくとも一部が透光性を有する表示面
   を有して内部が所定の真空度とされた外囲器と、 前記表示面の内側に選択的に形成されかつ所定の電位が
   印加される蛍光体からなる発光部と、 前記外囲器内部に配置されて前記発光部に対して電子を
   放出する電子放出部と、 前記電子放出部上に載置された前記電子放出部から電子
   を引き出すための電子引き出し電極と、 前記電子引き出し電極の前記電子放出部側に形成された
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁膜とを備えた
   ことを特徴とする蛍光表示装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の蛍光表示装置において、 前記電子引き出し電極は複数の開口部が形成された金属
   板から構成されたことを特徴とする蛍光表示装置。