JP2002343269A - ブラック・マトリクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱性が高く、可視光の反射率や透過率が低
く、且つ帯電し難いブラック・マトリクスを提供する。 【解決手段】ブラック・マトリクス２８には、黒色顔料
として、耐熱性が高く且つ加熱しても色調の変化が無
く、しかもスピネル型や逆スピネル型の複酸化物に比較
して導電性が高いルテニウム酸化物が用いられているこ
とから、耐熱性が十分に高く、可視光の反射率や透過率
が十分に低く、且つ帯電し難いブラック・マトリクス２
８が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置の表示面
に設けられるブラック・マトリクスに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、陰極線管(Cathode Ray Tube：C
RT)や電界電子放出型表示装置(FieldEmission Displa
y：FED)等の表示装置においては、その表示面に設けら
れた複数色(通常は三原色)の蛍光体で構成される発光画
素相互間に、それらの分離性や鮮明性を高める目的でブ
ラック・マトリクス(黒色の遮光パターン)が設けられて
いる。

【０００３】従来、上記のブラック・マトリクスを構成
するための材料としては、例えば、クロム等の金属材
料、鉄黒(Fe₃O₄)、チタン黒等の無機顔料、或いはカー
ボンブラック(コロイダル・カーボン)等が用いられてい
たが、金属材料は蒸着により形成されるため工程が複雑
且つ生産性が低く、しかも高価な設備を必要とするため
高コストになる不都合がある。また、無機顔料はガラス
粉末と共に焼成処理して厚膜に形成されるため、その加
熱処理によって色調が変化する不都合がある。また、カ
ーボンブラックは、可視光の反射率が高くブラック・マ
トリクスの特性が不十分になると共に、耐熱性に劣る不
都合がある。なお、同一材料では微粉になるほど可視光
の反射率が低下し延いては黒色度が向上する傾向にある
が、カーボン等の本来的に耐熱性の低い材料では微粉化
に伴って著しく耐熱性が低下するため、その粒径はそれ
らの相反する特性の兼ね合いで決定する必要があり、黒
色度をそれほど高くすることができないのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、例えば、特開
平９-２３７５７０号公報等に記載されているように、
スピネル型或いは逆スピネル型結晶構造の複酸化物を用
いることが提案されている。このような複酸化物顔料
は、耐熱性に優れ且つ高温に曝されても色調が変化し難
く、しかも、ガラス粉末と混合して塗布、焼成する厚膜
プロセスでブラック・マトリクスを形成し得ることから
低コストで生産性が高い利点がある。

【０００５】しかしながら、蛍光体を電子で励起発光さ
せるような前記の表示装置に、上記のスピネル型或いは
逆スピネル型複酸化物等の顔料をブラック・マトリクス
の構成材料として用いると、画像の歪みや揺れ等の表示
品位低下が生じる問題があった。本発明者等は、種々の
黒色顔料を用いて実験を重ねたところ、上記の問題はス
ピネル型或いは逆スピネル型複酸化物等を顔料として含
むブラック・マトリクスの導電性が低いことが原因であ
ることを見出した。すなわち、蛍光体に向かわせられた
電子は、ブラック・マトリクスにも入射するが、その導
電性が低いとそのままそこに残留し、ブラック・マトリ
クスを帯電(チャージアップ)させる。そのため、その帯
電したブラック・マトリクスの形成する電界によって電
子の向かう方向が意図しない方向に変化させられること
から、画像の歪みや揺れ等の表示品位低下が生じるので
ある。

【０００６】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的とするところは、耐熱性が高
く、可視光の反射率や透過率が低く、且つ帯電し難いブ
ラック・マトリクスを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための第１の手段】斯かる目的を達成
するための第１発明の要旨とするところは、電子で励起
発光させられる複数個の蛍光体層が備えられる表示面に
設けられたブラック・マトリクスであって、ルテニウム
の酸化物を含むことにある。

【０００８】

【第１発明の効果】このようにすれば、ルテニウム酸化
物は、耐熱性が高く且つ加熱しても色調の変化が無いこ
とから、表示装置用の厚膜材料として好適に用い得るも
のであるが、更に、スピネル型や逆スピネル型の複酸化
物に比較して導電性が高い特徴を有する。特に、材料本
来の耐熱性が高く微粉化に伴う耐熱性低下が殆どないた
め、高い黒色度が得られるように十分に微細な粒子を用
いることができる。そのため、耐熱性が十分に高く、可
視光の反射率や透過率が十分に低く、且つ帯電し難いブ
ラック・マトリクスが得られる。

【０００９】

【第１発明の他の態様】ここで、好適には、前記のルテ
ニウム酸化物は、酸化ルテニウム或いはこれを含む複酸
化物である。すなわち、請求の範囲に言う「ルテニウム
の酸化物」には、複酸化物が含まれる。

【００１０】また、好適には、前記のブラック・マトリ
クスは、面積抵抗率が10¹²(Ω/□)以下である。このよ
うにすれば、電子が流れるために十分な導電性がブラッ
ク・マトリクスに与えられることから、その帯電延いて
は画質低下が一層抑制される。このような導電性を付与
するためには、例えば酸化ルテニウムが用いられる場合
には、ガラスに対する質量割合で4(%)以上とすればよ
く、その複酸化物が用いられる場合には、ガラスに対す
る質量割合で10(%)以上とすればよい。

【００１１】

【課題を解決するための第２の手段】また、前記目的を
達成するための第２発明の要旨とするところは、電子で
励起発光させられる複数個の蛍光体層が備えられる表示
面に設けられたブラック・マトリクスであって、鉄、コ
バルト、ニッケル、クロム、マンガンのうち少なくとも
二種の酸化物を主成分とする複酸化物を含み、面積抵抗
率が10¹²(Ω/□)以下であることにある。

【００１２】

【第２発明の効果】このようにすれば、これらの元素は
複酸化物とすることによって、ルテニウム酸化物の場合
と同様に耐熱性が高く且つ加熱しても色調の変化が無
く、スピネル型や逆スピネル型の複酸化物に比較して導
電性が高い特徴を有する。また、材料本来の耐熱性が高
く微粉化に伴う耐熱性低下が殆どないため、高い黒色度
が得られるように十分に微細な粒子を用いることができ
る。そのため、耐熱性が十分に高く、可視光の反射率や
透過率が十分に低く、且つ帯電し難いブラック・マトリ
クスが得られる。

【００１３】

【第２発明の他の態様】ここで、好適には、第２発明の
ブラック・マトリクスは、ガラスに対する質量割合で前
記複酸化物が10(%)以上含まれるものである。このよう
にすれば、電子が流れるために十分な導電性を、ブラッ
ク・マトリクスに一層確実に付与することができる。

【００１４】また、好適には、前記複酸化物は、酸化鉄
(Fe₂O₃)を25〜35(%)、酸化コバルト(CoO)を10〜35(%)、
酸化クロム(CrO)を10〜40(%)、二酸化マンガン(MnO₂)を
0〜15(%)、酸化銅(CuO)を0〜5(%)、酸化ニッケル(NiO)
を0〜15(%)の範囲内の割合で全体で100(%)になるように
混合し、焼結および粉砕したものである。焼成温度は例
えば900〜1400(℃)の範囲内に設定され、粉砕後の平均
粒径は例えば0.1(μm)程度である。

【００１５】また、前記第１発明および第２発明のブラ
ック・マトリクスは、一層好適には、その外周側に備え
られた周辺電極にその外周縁において重ねられたもので
ある。このようにすれば、ブラック・マトリクスに入射
した電子を周辺電極を介して外部へ逃がすことが容易に
なるため、ブラック・マトリクスの帯電を一層抑制する
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明のブラック・マトリクスが
適用されたＦＥＤ１０の構成を一部を切り欠いて示す斜
視図である。図において、ＦＥＤ１０は、それぞれの略
平坦な一面１２，１４が向かい合うように所定間隔を隔
てて互いに平行に配置された相互に同様な寸法・形状の
前面板１６および背面板１８と、それらの間に配置され
たスペーサ２２とを備えたものである。それら前面板１
６、背面板１８、およびスペーサ２２は、例えばフリッ
ト・ガラスによって互いに気密に封着されており、それ
らによってＦＥＤ１０の外囲器である気密容器が構成さ
れている。気密容器内は例えば6.7×10^-5(Pa)[5×10
^-7(Torr)]程度の真空になっている。

【００１８】上記の前面板１６および背面板１８は、例
えばそれぞれ1〜2(mm)程度の均一な厚さを備えて透光性
を有する軟化点が600(℃)程度の高歪点ガラス、例え
ば、ソーダライム・ガラス等から成るものである。ま
た、前記のスペーサ２２は、例えば、前面板１６および
背面板１８と同様な外形寸法を有する矩形枠状或いは格
子状を成すものである。このスペーサ２２は、例えばガ
ラスや表面に硼珪酸ガラス等から成る絶縁ガラス層が設
けられた４２６合金等で構成されたものであり、1〜5(m
m)程度、例えば4(mm)程度の高さ寸法を備えている。こ
のため、前面板１６と背面板１８との間隔すなわち気密
空間の高さ寸法は、例えば3.9(mm)程度である。

【００１９】また、前面板１６の一面１２には、例えば
ＩＴＯ(酸化インジウム錫：IndiumTin Oxide)等から成
る0.1〜0.5(mm)程度の幅寸法のストライプ状の複数本の
透明な陽極２４が、例えば0.1〜0.5(mm)程度の一定の中
心間隔を以て一方向に沿って並んで設けられている。そ
れら複数本の陽極２４の各々の表面には、Ｒ(赤)，Ｇ
(緑)，Ｂ(青)の３つの発光色の何れかに対応する蛍光体
層２６が、例えば、その一方向と直交する方向にＲ，
Ｇ，Ｂの順に繰り返し並ぶように、陽極２４と同様な幅
寸法を以てストライプ状或いはそのストライプを発光単
位毎に断続的なものとしたマトリクス状に設けられてい
る。上記の陽極２４は、例えばスパッタ等の薄膜法によ
って例えば1(μm)程度の厚さに形成されたものであり、
シート抵抗値が10(Ω／□)以下程度の比較的高い導電性
を備えている。また、上記の蛍光体層２６は、例えば、
ZnO:Zn，ZnS:Ag+In₂O₃等の電子線によって可視光を発す
る材料から構成されるものであって、例えば厚膜スクリ
ーン印刷法等によって10〜20(μm)程度の範囲内、例え
ば15(μm)程度の厚さ寸法で設けられることにより、面
積抵抗率が500(Ω/cm²)以下程度の導電性を付与されて
いる。

【００２０】また、図２に前面板１６の断面を拡大して
示すように、一面１２のうち蛍光体層２６が設けられて
いない残部には、導電性を備えた黒色顔料を4〜30(%)程
度の割合で含むガラスから成るブラック・マトリクス
(マスク)２８が10〜20(μm)程度の範囲内、例えば13(μ
m)程度の厚さ寸法で設けられており、それら蛍光体層２
６の表面およびブラック・マトリクス２８の表面は、一
面１２の全面にそれら蛍光体層２６およびブラック・マ
トリクス２８の表面形状に倣って設けられた100〜200(n
m)程度の厚さのメタル・バック３０によって覆われてい
る。上記のブラック・マトリクス２８は例えば厚膜スク
リーン印刷法等によって設けられたものであり、蛍光体
層２６がストライプ状に設けられている場合にはその間
を通るストライプ状に、蛍光体層２６がマトリクス状に
設けられている場合には格子状に形成される。また、上
記の導電性材料は、例えば酸化ルテニウムや酸化ルテニ
ウムを含む複酸化物等から成るものである。この導電性
材料は、ブラック・マトリクス２８に僅かな導電性を付
与すると共に、その可視光反射率や透過率を低下させる
役割を果たす。また、上記のメタル・バック３０は例え
ばアルミニウム薄膜の蒸着等によって設けられたもので
あり、比較的滑らかな表面を有して電子が容易に透過す
る程度の厚さの薄膜に形成されている。

【００２１】図３に前面板１６の内面１２全体を模式的
に示すように、上記のブラック・マトリクス２８の周囲
には、前面板１６よりも僅かに小さい外形寸法を備えた
枠状の周辺電極３２が設けられている。この周辺電極３
２は、導体として銀を含む厚膜導体材料(厚膜銀)で幅寸
法が1(mm)程度、厚さ寸法が15(μm)程度に構成され、高
い導電性を備えたものである。また、周辺電極３２の図
における下端部には、取出電極３４がその一端において
これに重なるように設けられ或いはこれと一体に設けら
れている。図３において一点鎖線で囲んだ領域Ａ近傍を
拡大した図４に示すように、前記のブラック・マトリク
ス２８は、その外周縁が上記の周辺電極３２の内周縁に
例えば50(μm)程度の僅かな幅で重なる。ブラック・マ
トリクス２８は、前記のような導電性材料を含む厚膜材
料で構成されていることから、面積抵抗率で10¹²(Ω/
□)以下の僅かな導電性を備えるため、このブラック・
マトリクス２８によって前面板１６の内周部から周辺電
極３２を介して取出電極３４に至る通電経路が形成さ
れ、その取出電極３４から接地される。なお、図４にお
いては、蛍光体層２６が発光単位毎に断続したマトリク
ス状に設けられている場合を示しており、ブラック・マ
トリクス２８の形状は、その蛍光体層２６が設けられた
部分を除いた穴あきパターンである。

【００２２】図１に戻って、前記の背面板１８の一面１
４には、互いに直交する二方向(列方向すなわちＹ方
向、および行方向すなわちＸ方向)に沿ってそれぞれ伸
びる複数本の列方向(Ｙ方向)配線３６および行方向(Ｘ
方向)配線３８が、層間絶縁層４０を介して重ねて備え
られている。列方向配線３６は、前面板１６上の陽極２
４に平行に設けられており、その中心間隔は陽極２４と
同様である。これに対して、それらに直交する方向に沿
って伸びる行方向配線３８の中心間隔は、例えば列方向
配線３６のそれの３倍の0.3〜1.5(mm)程度になってい
る。また、列方向配線３６は、例えば幅寸法が100(μm)
程度で厚さ寸法が15(μm)程度であり、行方向配線３８
は、例えば幅寸法が300(μm)程度で厚さ寸法が20(μm)
程度である。

【００２３】上記の列方向配線３６および行方向配線３
８は、例えば、何れも厚膜銀等の厚膜導体から成るもの
であり、背面板１８の内面１４に厚膜スクリーン印刷法
等を用いて形成されている。また、内面１４上には、そ
の列方向配線３６に沿った方向においては行方向配線３
８と同様な一定の中心間隔を以てその行方向配線３８相
互間に位置するように並び、且つその行方向配線３８に
沿った方向においては列方向配線３６と同様な一定の中
心間隔を以てその列方向配線３６相互間に位置するよう
に並ぶ複数個の矩形のＹ電極４２が備えられる。列方向
配線３６は、それら複数個のＹ電極４２に一部が重なる
位置に設けられており、Ｙ電極４２はその列方向配線３
６に電気的に接続されている。また、複数個のＹ電極４
２の各々とそれが接続されたものに隣接する列方向配線
３６との間には、その列方向配線３６に沿って伸び且つ
それとは電気的に絶縁させられた長手状のＸ電極４４が
それぞれ備えられている。

【００２４】上記のＹ電極４２は、例えば列方向配線３
６に沿った方向における長さ寸法が数(μm)〜数百(μm)
程度に形成されたものであり、上記のＸ電極４４は、相
対的に近い方に位置するＹ電極４２との間隔が例えば数
百(nm)〜数百(μm)程度、例えば0.5〜20(μm)程度の小
さな値になるように形成されたものである。行方向配線
３８はＸ電極４４の端部に重なる位置に設けられてお
り、Ｘ電極４４はその行方向配線３８に電気的に接続さ
れている。これら両電極３８、４０は、何れも厚さ寸法
が数(μm)以下、例えば100(Å)程度の白金を主成分とす
る合金から成るものであり、例えば真空蒸着法やスパッ
タ等の薄膜プロセスによって膜形成された後、フォトリ
ソグラフィ等を用いてパターン形成されている。

【００２５】また、Ｙ電極４２およびＸ電極４４間に形
成されている隙間には、平面形状が略円形を成し一部が
それらに重なる電子放出膜４６が備えられている。電子
放出膜４６は、例えば酸化パラジウム(PdO)を主成分と
するものであって、例えば100(Å)程度の厚さ寸法を備
えたものである。この電子放出膜４６は、フォーミング
と称される通電処理が施されて局所的に破壊、変形、若
しくは変質させられることにより、Ｙ電極４２およびＸ
電極４４間の隙間内にナノメートル・オーダの亀裂４８
を有している。したがって、Ｙ電極４２とＸ電極４４と
は、電子放出膜４６が両者に重なるように設けられてい
るが、その電子放出膜４６が電気的には極めて高抵抗で
あるため、実質的に接続されてはいない。なお、図１に
おいて、亀裂４８は左端に位置する一つだけに示した。

【００２６】また、列方向配線３６および行方向配線３
８の間に設けられた前記の層間絶縁層４０は、例えば30
(μm)程度の厚さ寸法を備えて、その行方向配線３８に
沿って伸びる長手状を成すものである。但し、その長手
方向の一辺(行方向配線３８とＸ電極４４とが重なって
いる側の一辺)の形状は波状に形成されていることか
ら、その幅寸法は一様ではない。層間絶縁層４０の相対
的に細幅の部分はＸ電極４４に対応する位置に設けられ
ていてその行方向配線３８との重なり延いては電気的接
続を許容するが、相対的に幅広の部分は列方向配線３６
上に対応する位置に設けられていてその行方向配線３８
との間を絶縁している。

【００２７】以上のように構成されるＦＥＤ１０を駆動
するに際しては、メタル・バック３０に例えば5(kV)程
度の一定の加速電圧を定常的に印加した状態で、例え
ば、複数本の行方向配線３８に負電圧(走査電圧)を順次
に印加して走査すると共に、複数本の列方向配線３６の
うちの所望のものにその走査に同期して正電圧(信号電
圧)を印加すると、列方向配線３６および行方向配線３
８を介してそれぞれ電圧を印加されたＹ電極４２および
Ｘ電極４４間の大きな電圧勾配に基づいて生じる電界放
出(Field Emission)によって、それらの間に設けられた
電子放出膜４６から電子が放出される。この電子は、前
面板１６上に設けられた陽極２４に5〜25(kV)程度の範
囲内の所定の正電圧(加速電圧)が印加されることによ
り、その陽極２４に向かって飛ぶ。これにより、その陽
極２４上に設けられている前記蛍光体層２６に電子が衝
突させられ、蛍光体層２６が発光させられる。この発光
を前面板１６を通して観察したところ、蛍光体基板の電
極端子への印加電圧が5〜25(kV)の範囲では、電子線の
軌道制御不良に起因するような画像の歪みや揺れ等の品
位低下は、初期的にも経時的にも全く認められなかっ
た。

【００２８】すなわち、本実施例においては、前述した
ようにブラック・マトリクス２８に10¹²(Ω/□)程度の
僅かな導電性が与えられていることから、背面板１８か
ら前面板１６に向かって照射された電子がそのブラック
・マトリクス２８に入射しても、その電子は、周辺電極
３２および接地された取出電極３４を介して速やかに除
去される。そのため、その電子によってブラック・マト
リクス２８が帯電させられることが好適に防止されるこ
とから、帯電したブラック・マトリクス２８の形成する
電界で電子軌道が曲げられること、すなわち軌道制御不
良が抑制されるのである。なお、本実施例においては、
列方向配線３６および行方向配線３８の交点毎に表示の
１ドットが形成され、３ドットに対応する行方向に並ぶ
３色の蛍光体層２６毎に１画素が構成される。

【００２９】なお、蛍光体層２６はメタル・バック３０
で覆われているが、そのメタル・バック３０は極めて薄
いため、電子はそのメタル・バック３０を透過して蛍光
体層２６に入射して蛍光体に衝突する。また、蛍光体層
２６で発生した光は、前面板１６側だけでなく背面板１
８側にも向かうが、その背面板１８側に向かう光はアル
ミニウム薄膜３０で前面板１６側に反射される。したが
って、発生した光の殆どが前面板１６を透過して射出さ
れることとなるため、実質的な発光効率が高められる。
ＦＥＤ１０は、このように前面板１６側から蛍光体層２
６を透過した光を観察する所謂透過型の表示装置に構成
されている。なお、ＦＥＤ１０には、気密容器内から排
気するための排気穴等が備えられているが、図において
は省略した。

【００３０】上記のＦＥＤ１０は、例えば、図３に示さ
れる工程に従って製造される。図において、工程ＳＲ１
乃至ＳＲ５は背面板１８の処理工程であり、工程ＳＦ１
乃至ＳＦ５は前面板１６の処理工程である。背面板１８
の処理工程においては、先ず、電極形成工程ＳＲ１にお
いて前記のＸ電極４４およびＹ電極４２を形成する。こ
の工程では、例えば、背面板１８の一面１４上に例えば
スパッタ法で白金(Pt)等を主成分とする電極材料を成膜
し、その全面に感光性樹脂溶液をコーティングして露光
および現像の後、ドライ・エッチングにてパターニング
して、感光性樹脂膜を剥離液で剥離する。

【００３１】次いで、列方向配線形成工程ＳＲ２におい
ては、銀を主成分とする厚膜導体ペーストを厚膜スクリ
ーン印刷法で背面板１８上にストライプ・パターンで塗
布し、120(℃)程度の乾燥処理および大気雰囲気中での4
80(℃)程度の焼成処理を施すことにより、前記の列方向
配線３２を一部がＹ電極４２に重なるように形成する。
これら印刷、乾燥、および焼成処理は、例えば15(μm)
程度に設定された必要な焼成後膜厚に応じて例えば２回
繰り返される。なお、上記の厚膜導体ペーストは、例え
ば、銀粉末およびガラス粉末を樹脂成分と共に溶剤に分
散させたものであり、例えば、銀粉末が75(%)程度の質
量割合で含まれている。

【００３２】続く層間絶縁層形成工程ＳＲ３では、厚膜
スクリーン印刷法等を利用して厚膜絶縁体ペーストを列
方向配線３２と垂直なストライプ・パターンで塗布する
ことにより、前記の層間絶縁層４０を形成する。この工
程では、例えば30(μm)程度に設定された必要な焼成後
膜厚に応じて、例えば印刷乃至焼成処理が５回程度繰り
返される。なお、上記の厚膜絶縁体ペーストは、例えば
ガラス粉末を樹脂成分と共に溶剤に分散させたものであ
り、乾燥処理や焼成処理の条件は例えば列方向配線形成
工程ＳＲ３と同様である。

【００３３】続いて、行方向配線形成工程ＳＲ４では、
厚膜スクリーン印刷法等を利用して厚膜導体ペーストを
絶縁層４０と平行なストライプ・パターンで塗布するこ
とにより、前記の行方向配線３４を形成する。この工程
では、例えば20(μm)程度に設定された必要な焼成後膜
厚に応じて、例えば印刷乃至焼成処理が３回程度繰り返
される。なお、上記の厚膜導体ペーストは、例えば列方
向配線３２の形成に用いたものと同じものが用いられ
る。

【００３４】電子放出膜形成工程ＳＲ５では、Ｙ電極４
２およびＸ電極４４間に、それらに跨るように酸化パラ
ジウムから成る前記の電子放出膜４６を形成する。この
工程では、有機パラジウム・ペーストをインクジェット
印刷等によって塗布し、70(℃)程度の乾燥処理および大
気雰囲気中で400(℃)程度の焼成処理を施すことによ
り、有機パラジウムを分解および酸化して酸化パラジウ
ムとするものである。上記の有機パラジウム・ペースト
は、例えば、パラジウムの金属有機化合物を溶媒に分散
させたものが用いられる。

【００３５】一方、前面板１６の処理工程においては、
先ず、陽極形成工程ＳＦ１において、一面１２にＩＴＯ
から成る前記の陽極２４をスパッタ等の薄膜法によって
形成した後、周辺電極形成工程ＳＦ２において、前記の
周辺電極３２および取出電極３４を形成する。この工程
では、例えば、厚膜スクリーン印刷法等を用いて銀粉末
を導体成分として含む厚膜導体ペーストを所定パターン
で塗布し、120(℃)程度の温度で10分間程度の乾燥処理
および450(℃)程度の温度で10分間程度の焼成処理を施
すことにより、周辺電極３２および取出電極３４が順次
に或いは同時に形成される。上記の厚膜導体ペースト
は、銀粉末80(%)程度、ガラス粉末10(%)程度、樹脂5(%)
程度、有機溶剤5(%)程度を混練したものである。銀粉末
は例えば粒径0.2(μm)程度のフレーク状のものが用いら
れ、ガラス粉末は粒径0.4(μm)程度で軟化点が400(℃)
程度のZn-Pb系ガラスが用いられる。また、樹脂は例え
ば粘度測定法による重合度が100程度のエチルセルロー
スが用いられ、有機溶剤は例えばターピネオールが用い
られる。

【００３６】次いで、ブラック・マトリクス形成工程Ｓ
Ｆ３においては、前面板１６の一面１２上に例えば厚膜
スクリーン印刷法等を用いて黒色顔料粉末を含む厚膜ペ
ーストを印刷し、例えば120(℃)程度の温度で10分間程
度の乾燥処理および450(℃)程度の温度で10分間程度の
焼成処理を施すことにより、前記のブラック・マトリク
ス２８を形成する。この工程では、例えばガラス粉末50
(%)程度、導電性酸化物粉末5〜15(%)程度、樹脂15(%)程
度、有機溶剤33(%)程度から成る厚膜ペーストが用いら
れる。ガラス粉末は、例えば軟化点が400(℃)程度、平
均粒径が0.2(μm)程度のSi-B-Pb系ガラスであり、導電
性酸化物は例えば平均粒径が0.05(μm)程度の酸化ルテ
ニウムである。この酸化ルテニウムの結晶構造は、例え
ばルチル構造になっている。また、樹脂は例えばエチル
セルロースやアクリル樹脂等であり、有機溶剤は例えば
ブチルカルビトールアセテート(BCA)やターピネオール
等が用いられる。

【００３７】続く蛍光体層形成工程ＳＦ４においては、
上記ブラック・マトリクス２８の格子(開口)内に、ＲＧ
Ｂ３色に対応する３種の蛍光体ペーストを色毎に定めら
れた所定位置に厚膜スクリーン印刷法等によって塗布
し、例えば450(℃)程度の温度で焼成処理を施すことに
より、前記の蛍光体層２６を設ける。蛍光体ペースト
は、例えば蛍光体粉末75(%)程度、エチルセルロース等
のセルロース樹脂20(%)程度、およびターピネオール等
の有機溶剤5(%)程度を混合したものが用いられる。

【００３８】蛍光体層２６を形成した後のメタル・バッ
ク形成工程ＳＦ５では、その蛍光体層２６およびブラッ
ク・マトリクス２８の全面を覆って、例えば、アルミニ
ウム薄膜から成るメタル・バック３０を設ける。この工
程は、例えば、ウェッティング工程、フィルミング工
程、蒸着工程、および焼成工程から成る。ウェッティン
グ工程では、例えばスピン・コーティング法を用いて、
例えば純水を全面に塗布した前面板１６を250(rpm)程度
にて30秒間程度回転させ、その全面を純水で略均一に濡
らす。フィルミング工程では、一面１２上が濡れている
うちに同様にしてフィルミング溶液をその全面に塗布す
る。回転速度は200(rpm)程度で時間は60秒間程度とし
た。なお、フィルミング溶液は、例えばアクリル樹脂の
前駆体をトルエン等の溶剤に溶解して1×10^-4(Pa・s)程
度の粘度に調製したものである。これを例えば60(℃)程
度の温度で120分間程度保持して乾燥することにより、
アクリル樹脂等から成るフィルミング膜を形成した。蒸
着工程では、真空容器内で圧力10^-4(Pa)程度、成膜速度
0.6(nm/sec)にて純度が99.999(%)のアルミニウムを用い
て100〜200(nm)程度の厚さでアルミニウム薄膜を成膜す
る。そして、焼成工程において、加熱処理を施してその
フィルミング膜を分解除去することにより、メタル・バ
ック３０が蛍光体層２６およびブラック・マトリクス２
８上に形成される。なお、焼成条件は、フィルミング膜
の分解温度等に応じて定められるものであるが、例えば
昇降温速度を5(℃/min)として430(℃)程度で30分間程度
保持するものとした。

【００３９】図３に戻って、接合工程Ｓ６においては、
上記のようにしてそれぞれ処理した背面板１８および前
面板１６を、別途用意したスペーサ２２を介して一面１
２、１４が向かい合うように積み重ね、加熱処理を施す
ことにより、例えばスペーサ２２の上下端面等に予め塗
布された鉛ガラスから成る図示しないシール・ガラス等
の封着剤で気密に接合すると共に、図示しない排気穴に
排気管を取り付ける。なお、加熱処理温度はその封着剤
の種類等に応じて定められるが、例えば470〜500(℃)程
度である。また、フォーミング工程Ｓ７において、排気
管から排気しつつ、列方向配線３２および行方向配線３
４間に電圧を印加して電子放出膜４６のフォーミングす
なわち前記亀裂４８を生成する。フォーミング条件は、
例えば、昇降圧10秒間程度、最大振幅電圧±5(V)程度の
三角波を断続的に10パルス印加するものとした。

【００４０】そして、排気工程Ｓ８において、前記排気
管から真空排気を行いつつその排気管を溶断し、図示し
ないゲッタの加熱処理を行って真空管を構成し、更に、
列方向配線３２および行方向配線３４にそれぞれ外部配
線を接続すると共に、駆動回路基板を接続することによ
り、前記図１に示されるＦＥＤ１０が得られる。

【００４１】ここで、前記のブラック・マトリクス形成
工程ＳＦ３において、使用する厚膜ガラス・ペーストの
組成を種々変更して前記のブラック・マトリクス２８の
構成を変更し、その特性を評価した結果を説明する。下
記の表１は、導電性材料としてRuO₂またはその複酸化物
を用いた評価試料のペースト組成およびそのペーストを
用いて作成したブラック・マトリクスの特性を示したも
のであり、組成比は全て質量百分率である。下記の表１
において、「顔料」欄は黒色顔料すなわち導電性酸化物
粉末の種類および量であり、番号１〜４はルチル型結晶
構造のRuO₂を、番号５〜１２はその複酸化物であるパイ
ロクロア型結晶構造のBi₂Ru₂O₇或いはPb ₂Ru₂O₇を用いて
いる。また、「樹脂」「溶剤」欄にはそれぞれ樹脂およ
び有機溶剤の量を示した。「反射率」「透過率」「抵抗
率」「TCR」欄はそれぞれブラック・マトリクス２８の
可視光反射率、可視光透過率、面積抵抗率、TCR(抵抗温
度係数)の測定結果である。なお、反射率および透過率
は、波長0.3〜0.9(nm)の範囲で測定を行い、抵抗率は室
温23(℃)、相対湿度55(%)、即低電圧500(V)の条件下で
測定した。また、TCRは、室温〜200(℃)の範囲内で測定
した。

【００４２】 ［表１］ ガラス 顔料 樹脂 溶剤 反射率 透過率 抵抗率 TCR番号 (%) 材質 (%) (%) (%) (%) (%) (Ω/□) (ppm) １ 50 RuO₂ 2 15 33 ≦5 ≦13 10¹² ＋20 ２ 50 RuO₂ 5 15 30 ≦4 ≦9 10⁸ ＋60 ３ 50 RuO₂ 10 10 30 ≦2 ≦6 10⁶ ＋150 ４ 50 RuO₂ 15 10 25 ≦2 ≦3 10⁴ ＋220 ５ 50 Bi₂Ru₂O₇ 2 15 33 ≦4 ≦11 10¹⁴ −50 ６ 50 Bi₂Ru₂O₇ 5 15 30 ≦4 ≦8 10¹⁰ −30 ７ 50 Bi₂Ru₂O₇ 10 10 30 ≦3 ≦5 10⁹ 0 ８ 50 Bi₂Ru₂O₇ 15 10 25 ≦3 ≦2 10⁷ ＋10 ９ 50 Pb₂Ru₂O₇ 2 15 33 ≦5 ≦11 10¹⁴ −150 １０ 50 Pb₂Ru₂O₇ 5 15 30 ≦5 ≦9 10¹² −120 １１ 50 Pb₂Ru₂O₇ 10 10 30 ≦4 ≦6 10¹⁰ −60１２ 50 Pb₂Ru₂O₇ 15 10 25 ≦4 ≦2 10⁷ −10

【００４３】また、下記の表２は、上記表１の各番号の
ペーストを用いて作成したブラック・マトリクスのそれ
ぞれについて、ＦＥＤ１０を構成した場合の画像の歪み
を評価したものである。表２において、「◎」は画像の
歪みや揺れが全くないことを、「○」は初期的には見ら
れないが連続駆動によって僅かに見られることを、
「△」は初期的には見られないが連続駆動によって歪み
等が見られることを、「×」は初期的に歪み等が見られ
ることをそれぞれ表す。この評価は、前面板１６上の陽
極２４に5〜25(kV)の範囲内の加速電圧を印加し、図示
しない駆動回路基板の画像信号入力端子に画像信号を入
力してＦＥＤ１０で画像を表示させ、表示された画像の
歪みや揺れを観察することにより行った。画像の歪みや
揺れは、前述したようにブラック・マトリクス２８の帯
電に起因するものであり、それらの不具合がないことは
ブラック・マトリクス２８の耐電が十分に小さいことを
意味する。一般に、ＦＥＤ１０においては、陽極２４に
印加する加速電圧が25(kV)以下の範囲で画像品質が保た
れることを要求されるため、表２において△および×評
価のものは許容できない。また、○のものも高い品質が
要求される場合には許されないものである。

【００４４】

【００４５】上記表１、表２に示した結果より、顔料に
RuO₂を用いる場合には、１〜４に示すように2(%)以上
(ガラス粉末に対する割合で4(%)以上)の添加量で面積抵
抗率を10¹²(Ω/□)以下に低くして十分な効果を得るこ
とができる。但し、高品質が要求される場合には、5(%)
以上(ガラス粉末に対する割合で10(%)以上)の添加量と
することが望ましい。一方、RuO₂の複酸化物を用いる場
合には、5(%)(ガラス粉末に対する割合で10(%)以上)以
上の添加量とすることで面積抵抗率を10¹²(Ω/□)以下
に低くして十分な効果が得られることが判る。また、可
視光反射率や透過率は顔料が多くなるほど低くなるの
で、面積抵抗率が低く成り過ぎない範囲内で添加量を多
くすることが望ましいと言える。望ましい面積抵抗率の
範囲は、100(Ω/□)以上、例えば100〜10⁶(Ω/□)程度
であり、RuO₂が用いられるときは、10〜20(%)程度の範
囲内、RuO₂の複酸化物が用いられるときには15〜25(%)
程度の範囲内の添加量とすることが特に好ましいと言え
る。

【００４６】なお、表１に示すように、顔料の種類やそ
の添加量が変化するとそれに伴ってTCRも変化する。そ
のため、RuO₂およびその複酸化物の何れを選択するか
や、その添加量をどれだけに設定するかについては、TC
Rも考慮して定めることが好ましいと言える。

【００４７】要するに、本実施例によれば、ブラック・
マトリクス２８には、黒色顔料として、耐熱性が高く且
つ加熱しても色調の変化が無く、しかもスピネル型や逆
スピネル型の複酸化物に比較して導電性が高いルテニウ
ム酸化物が含まれることから、耐熱性が十分に高く、可
視光の反射率や透過率が十分に低く、且つ帯電し難いブ
ラック・マトリクス２８が得られる。

【００４８】しかも、本実施例においては、ブラック・
マトリクス２８の面積抵抗率が10¹²(Ω/□)以下である
ことから、電子が流れるために十分な導電性がブラック
・マトリクス２８に与えられる。そのため、その帯電延
いては画質低下が一層抑制される。

【００４９】表３および表５は、導電性顔料として更に
他の酸化物材料を用いる場合のペースト組成およびブラ
ック・マトリクスの特性評価結果を示したものである。
なお、顔料Ａ、Ｂ、Ｃの組成(質量百分率)を下記の表４
に示す。この顔料は、表に示す各原料を粉砕および混合
して、900〜1400(℃)程度の温度で焼結させた後、平均
粒径0.1(μm)程度の微粉末に粉砕して用いた。表３およ
び表５において、評価方法や各項目の意味は表１、表２
と同様である。

【００５０】 ［表３］ ガラス 顔料 樹脂 溶剤 反射率 透過率 抵抗率番号 (%) 材質 (%) (%) (%) (%) (%) (Ω/□) １３ 50 Ａ 5 15 30 ≦4 ≦11 10¹⁴ １４ 50 Ａ 10 10 30 ≦4 ≦7 10¹² １５ 50 Ａ 15 10 25 ≦3 ≦4 10¹¹ １６ 50 Ａ 20 5 25 ≦2 ≦3 10¹⁰ １７ 50 Ｂ 5 15 30 ≦3 ≦5 10¹⁴ １８ 50 Ｂ 10 10 30 ≦3 ≦4 10¹² １９ 50 Ｂ 15 10 25 ≦3 ≦2 10¹⁰ ２０ 50 Ｂ 20 5 25 ≦2 ≦1 10⁹ ２１ 50 Ｃ 5 15 30 ≦4 ≦9 10¹⁴ ２２ 50 Ｃ 10 10 30 ≦4 ≦7 10¹² ２３ 50 Ｃ 15 10 25 ≦2 ≦3 10¹¹ ２４ 50 Ｃ 20 5 25 ≦2 ≦1 10¹¹

【００５１】［表４］顔料 Fe₂O₃ Co₃O₄ CrO₂ MnO₂ CuO NiO Ａ 35 30 10 15 0 10 Ｂ 25 35 35 0 5 0Ｃ 30 10 40 5 0 15

【００５２】［表５］番号 ５ 10 15 20 25(kV) １３ × × × × × １４ ◎ ◎ ○ ○ ○ １５ ◎ ◎ ◎ ○ ○ １６ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ １７ △ × × × × １８ ◎ ◎ ◎ ○ ○ １９ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ２０ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ２１ △ × × × × ２２ ◎ ○ ○ ○ ○ ２３ ◎ ◎ ◎ ◎ ○２４ ◎ ◎ ◎ ◎ ○

【００５３】上記の表３〜表５の結果から、酸化ルテニ
ウム系以外の複酸化物を顔料として用いる場合にも、添
加量を適当に選ぶことによって、ブラック・マトリクス
２８の面積抵抗率を適度に低下させ、その帯電を好適に
抑制できることが明らかとなった。例えば、組成Ａの顔
料を用いる場合には、10(%)以上(ガラス粉末に対する割
合で20(%)以上)、好適には20(%)以上(ガラス粉末に対す
る割合で40(%)以上)の質量割合で添加すれば適度な導電
性がブラック・マトリクス２８に付与され、表示品位が
高められる。また、組成Ｂの顔料を用いる場合には、10
(%)以上(ガラス粉末に対する割合で20(%)以上)、好適に
は15(%)以上(ガラス粉末に対する割合で30(%)以上)の質
量割合で添加することで十分な効果が得られる。また、
組成Ｃの顔料を用いる場合には、10(%)以上(ガラス粉末
に対する割合で20(%)以上)の質量割合で添加することで
十分な効果が得られる。但し、組成Ｃの場合には、20
(%)添加した場合にも25(kV)の加速電圧の連続的な印加
で僅かに表示品位の低下が見られることから、高い表示
品位が要求される場合には添加量を一層多くする必要が
あるものと考えられる。

【００５４】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施で
きる。

【００５５】例えば、実施例においては、画像表示装置
であるＦＥＤ１０に備えられるブラック・マトリクス２
８を形成するためのブラック・マトリクス材料に本発明
が適用された場合について説明したが、電子で励起発光
させられる蛍光体層が備えられる表示面にブラック・マ
トリクス(ブラック・マスク)が備えられる表示装置であ
れば、ＣＲＴ等にも本発明が同様に適用される。

【００５６】また、実施例においては、ブラック・マト
リクス２８が蛍光体層２６に対応する位置に開口を備え
た(対応する位置を抜いた)格子状穴明きパターンで設け
られていたが、その形状は、蛍光体層の配設形状に応じ
て定められるものであり、本発明は、その形状に拘わら
ず適用できる。例えば、蛍光体層がストライプ・パター
ンで設けられる場合には、それを反転したストライプ・
パターンで、デルタ配列パターンで設けられる場合には
その位置に開口を備えた穴明きパターン等で設けられ
る。

【００５７】また、ブラック・マトリクスを構成する黒
色顔料は、ルテニウム酸化物系材料が用いられる場合に
おいては、そのブラック・マトリクスの面積抵抗率やTC
Rを調節し或いは静電破壊に対する耐性を向上させる等
の目的で、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)等の
金属元素や、ビスマス(Bi)、ニオブ(Nb)、バナジウム
(V)、コバルト(Co)、クロム(Cr)等の酸化物を添加した
ものであっても良い。また、鉄、コバルト、クロム、マ
ンガン、銅、ニッケルのうちから選択した二種以上の酸
化物から成る複酸化物が用いられる場合においては、前
記のＡ、Ｂ、Ｃ三種類の組成のものに限られず、面積抵
抗率や可視光反射率等を調節する目的で、前記の構成元
素の割合を少なくとも２つ以上の元素が含まれる範囲で
変更した適宜の組成のものが用いられ得る。

【００５８】また、実施例においては、ブラック・マト
リクス２８に入射した電子の流通経路が周辺電極３２お
よび取出電極３４によって形成されていたが、加速電圧
が印加されている陽極２４上の蛍光体層２６を介した流
通経路だけで帯電を十分に抑制できる場合には、周辺電
極３２や取出電極３４は必ずしも設けられなくとも良
い。

【００５９】また、厚膜スクリーン印刷のためにブラッ
ク・マトリクスの構成材料に混合される樹脂や有機溶剤
は、実施例で示したエチルセルロースやアクリル樹脂
等、或いはBCAやターピネオール等の他に、要求される
印刷特性や焼成条件等に応じて適宜のものが用いられ
る。例えば、樹脂としてはアクリロニトリル、アクリル
アミド、アクリル酸や、メタクリル酸等が、溶剤として
は、ジエチレングリコールモノブチルエーテルやグリセ
リン等が用いられても良い。

【００６０】また、実施例においては、0.1〜0.2(μm)
程度の平均粒径の黒色顔料が用いられていたが、これら
の粒径のものに限られず、ブラック・マトリクス２８の
黒色度(可視光透過率、反射率)、面積抵抗率或いはTCR
等の要求特性や、工程管理の都合等に応じて、適宜の平
均粒径のものを用いることができる。

【００６１】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブラック・マトリクスが適
用されたＦＥＤの構成を一部を切り欠いて示す斜視図で
ある。

【図２】図１のＦＥＤの前面板の断面を拡大して示す図
である。

【図３】図１のＦＥＤの前面板の内面全体を模式的に示
す図である。

【図４】図３におけるＡ部を拡大して説明する図であ
る。

【図５】図１のＦＥＤの製造工程を説明する工程図であ
る。

【符号の説明】

１６：前面板 ２６：蛍光体層 ２８：ブラック・マトリクス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細見 和徳 福岡県朝倉郡夜須町大字三並字八ツ並2160 番地 ノリタケ電子工業株式会社夜須工場 内 (72)発明者 森 信輔 福岡県朝倉郡夜須町大字三並字八ツ並2160 番地 ノリタケ電子工業株式会社夜須工場 内 Ｆターム(参考） 2H042 AA09 AA15 AA27 5C036 CC14 EE04 EE09 EE11 EF01 EF06 EF09 EG24 EG36 EH09 EH11 EH21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子で励起発光させられる複数個の蛍光
   体層が備えられる表示面に設けられたブラック・マトリ
   クスであって、 ルテニウム(Ru)の酸化物を含むことを特徴とするブラッ
   ク・マトリクス。
2. 【請求項２】 面積抵抗率が10¹²(Ω/□)以下である請
   求項１のブラック・マトリクス。
3. 【請求項３】 電子で励起発光させられる複数個の蛍光
   体層が備えられる表示面に設けられたブラック・マトリ
   クスであって、 鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、マ
   ンガン(Mn)のうち少なくとも二種の酸化物を主成分とす
   る複酸化物を含み、面積抵抗率が10¹²(Ω/□)以下であ
   ることを特徴とするブラック・マトリクス。