JP2002367529A

JP2002367529A - 電界放出表示装置用基板とその製造方法及びこれを用いた電界放出表示装置

Info

Publication number: JP2002367529A
Application number: JP2001177724A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Handa; 真一半田; Daisuke Takahashi; 大輔高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】電界放出表示装置用基板において高精度、高特
性な電界放出素子を形成する。【解決手段】電界放出素子５の幅を基板側から頂部に向
けて狭くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度かつ安価な
薄型の大画面用カラー表示装置等に用いられる電界放出
表示装置用基板とその製造方法及びこれを用いた電界放
出表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から画像表示装置として多用されて
きたＣＲＴは、容積及び重量が大である等の欠点から、
近年のマルチメディアの浸透に伴い、情報のインターフ
ェイスとして発光ダイオード（ＬＥＤ）や液晶（ＬＣ
Ｄ）、或いは、プラズマアドレス液晶（ＰＡＬＣ）、電
界放出表示装置（ＦＥＤ）、プラズマディスプレイ（Ｐ
ＤＰ）等の大型画面で高画質、その上、軽量薄型で設置
場所を選ばない等の特長を有する平面画像表示装置が開
発され、これらの利用範囲が拡大しつつある。

【０００３】かかる要求に応える平面画像表示装置とし
て、基板上に形成された電界放出素子から放出された電
子により蛍光体を発光させる構造の電界放出表示装置
（ＦＥＤ）が大型画面用カラー画像表示装置として近年
特に注目されている。

【０００４】このようなＦＥＤは、図３に示すように、
ＲＧＢの各画素に対応するように、背面板３上に電圧を
かけることで電子を放出する電界放出素子５を形成し、
また前面板１上には電子線により発光を行う蛍光体４を
形成し、この前面板１と背面板３を隔壁２を介して所定
の間隔になるように貼り合わせることで平板状の真空容
器を形成し、前記電界放出素子５に所定の電圧を印加し
て電子を放出させることにより画面上の所望の位置に所
望の光点を表示し画像表示を行うものである。

【０００５】従来、ＦＥＤとしては真空容器内に単に電
界放出素子５を封入した構造（特開平７−１３４９５４
号公報）が知られていた。しかし、ＦＥＤでは内部を高
真空とする必要があり、表示面積が大きくなるに従い、
特に中央部付近で前面板１と背面板３が、大気圧によっ
て押されて歪みを生じ、著しい場合には前面板１と背面
板３の変形や破壊が発生するという問題があった。

【０００６】このような前面板１と背面板３が大気圧に
よって変形、破壊する問題を解決する手法として、特開
平２−１０５４２号公報には、前面板１と背面板３を一
定に保持する隔壁２が用いられたＦＥＤが開示されてい
る。また、隔壁２として柱状体を用いたＦＥＤが特開平
１０−９２３１４号公報に開示されている。

【０００７】一方、電界放出素子５の製造方法として
は、一般に、印刷法や半導体プロセスを主とする方法が
採用されており、スタンフォード・リサーチ・インステ
ィチュートのシー・エー・スピントらによるジャーナル
・オブ・アプライド・フィジックスの第４７巻、１２
号、５２４８〜５２６８頁（１９７６年１２月）に発表
された研究報告書により公知であり、シー・エー・スピ
ントらによる米国特許第３，７８９，４７１号及びエイ
チ・エフ・グレイらの米国特許第４，３０７，５０７号
に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電界放出素子５は、図３に示すように断面が矩形状であ
るため、電子を放出する頂部が広く、かつエッジがある
ことにより、電子放出のばらつきが発生するという問題
があった。

【０００９】また、従来の電界放出素子５の製造方法に
おいては、印刷法や半導体プロセスを主とする方法によ
る為、形状ばらつきが大きいことに加えて、工程数が多
く、現行の技術では大面積に形成することが困難であっ
て、特殊かつ高価な製造装置を必要とし、生産コストが
高いといった問題があった。

【００１０】本発明は、上記課題を解決する為に成され
たものであり、その目的は安価で高精度かつ大面積の電
界放出表示装置用基板並びにその製造方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題に
鑑み鋭意研究検討した結果、溝形状を有する型を用い、
加圧成形により電界放出素子を成形することで、高精度
且つ高性能な電界放出素子を、高能率に製造できること
を見い出し、本発明に至った。

【００１２】即ち、本発明は、基板上に電界放出素子を
一体的に形成してなる電界放出表示装置用基板であっ
て、電界放出素子の幅を基板側から頂部に向けて狭くし
たことを特徴とし、また、電界放出素子の頂部端面に面
取りを形成したことを特徴としたものであり、更に、電
界放出素子中の導電材料が高さ方向に配向していること
を特徴とするのもである。

【００１３】更に、本発明は、導電性材料とガラス粉体
とバインダーとの混合物からなる電極材料層を基板上に
形成し、複数の溝を刻設した型で電極材料層を加圧し、
電界放出素子を形成することを特徴とし、また、導電性
材料とガラス粉体とバインダーとの混合物からなる電極
材料層を、複数の溝を刻設した型の溝内部に充填し、基
板上に転写することで電界放出素子を形成することを特
徴とするものである。

【００１４】本発明の製造方法によれば、電界放出素子
の幅は基板側より頂部が狭くなる形状とすることができ
るため、電子放出を行う頂部の面積を小さくして電子放
出を容易にできる。また、電界放出素子頂部を面取り形
状とすることで、エッジ部を起点に発生する異常な電子
の放出が抑制され、安定した電子放出が行えるようにな
る。更に、導電材料を電界放出素子頂部の方向へ配向す
ることによって、発生する電界が均一に安定し、より低
電圧で安定した電子の放出を行うことができるようにな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の電界放出表示装置
用基板について、図面に基づき詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明の電界放出表示装置用基板の
断面図を示すものである。

【００１７】電界放出表示装置は、前面板１上に複数の
隔壁２が形成され、隔壁２間には蛍光体４が形成され
る。背面板３上には電界放出素子５が形成され、前面板
１と背面板３を隔壁２を介して貼り合わせ、封止するこ
とでＦＥＤのパネルを構成する。

【００１８】そして、高真空に封止されたパネル内の電
界放出素子５に電圧を加えることで電子線を発生、加速
させ、これによって蛍光体４の発光を行い、画像表示が
行える。

【００１９】本発明の電界放出表示装置用基板において
は、背面板３と一体化した電界放出素子５の幅が背面板
３側から頂部１１に向けて狭くなり、また、頂部には面
取りＣを備えたことを特徴としている。これによって、
低電圧で安定した電子放出を行うのに有効な凸型形状に
形成することができる。これは、尖った、表面積の狭い
頂部を放出面とするにより低電圧で電子放出が行われ、
また、異常電子放出が発生しやすいエッジ部がなくなる
ためである。

【００２０】電界放出素子５の側面と背面板３の垂線と
の成す角度θは１０〜６０゜であることが好ましい。こ
れは、１０゜未満では効果が少なく、６０゜以上では電
界放出素子５が広がり過ぎてしまい、精細度が低下する
為である。面取りＣの形状としては、エッジ部が無くな
るものが好ましく、特にＲ形状が好ましい。

【００２１】また、本発明の電界放出表示装置用基板に
おいては、背面板３と一体化した電界放出素子５中の導
電材料６が高さ方向に配向していることを特徴としてい
る。これは、後述するように電界放出素子５を成形する
際、型で加圧することにより電界放出素子５を構成する
導電材料６が頂部の方向へ流動することにより形成され
る。導電材料６が電子を放出すべき高さ方向に配向して
いることによって、電圧を加えた時に発生する電界が均
一となる為に、この構造を成すことによって、より低電
圧で安定した電子放出を行うことができる。

【００２２】次に、本発明の電界放出表示装置用基板の
製造方法について、図面に基づき詳細に説明する。

【００２３】図２は、本発明の電界放出表示装置用基板
の電界放出素子の製造方法を示すものである。

【００２４】先ず図２（ａ）に示すように、予め背面板
３に、電界放出素子成形用組成物から成る電極材料層７
を形成する。尚、この時に形成する電極材料層７は単層
又は、材質の異なる複数層の何れでも良い。

【００２５】次に図２（ｂ）に示すように、電界放出素
子用成形型８で電極材料層７を加圧して、背面板３上に
電界放出素子５を成形する。この時に、電界放出素子用
成形型８の溝形状を凸形状やテーパー形状、面取り形状
に加工しておくことで、成形される電界放出素子５は所
望の形状を有する。また、型で加圧することにより電界
放出素子５を構成する導電材料６が頂部の方向へ流動す
ることにより、導電材料６は電界放出素子５の高さ方向
へ配向する。

【００２６】最後に図２（ｃ）に示すように、得られた
成形体を所定の温度パターンで一括焼成を行う。

【００２７】尚、前記電極材料層７は、導電材料６とガ
ラス粉末と有機性添加物及び溶媒からなる電界放出素子
成形用組成物を背面板３上に直接塗布し乾燥させる手法
や、予め電界放出素子成形用組成物をテープ状にし、そ
れを背面板３上に転写、密着させる手法などいずれの手
法でも形成することが可能である。

【００２８】また、上記隔壁２についても、同様に成形
型を用いて形成することが可能である。

【００２９】本発明で使用する前記電界放出素子成形用
組成物としては、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐ
ｄ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、
Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｐｂ等の金属、あるいはこれらの合
金、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等
の酸化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ
₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｔａ
Ｃ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ
等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、又は前記金属やそ
の合金、酸化物、硼化物、炭化物、半導体に少量の低融
点ガラスを混合した導電性ペーストを用いて形成するこ
とができる。また、前記金属やその合金、酸化物、硼化
物、炭化物、半導体の粒子形状については、非球状とし
て上述したように高さ方向に配向させることが好まし
い。

【００３０】前記低融点ガラス粉末としては、ケイ酸塩
を主成分とし、酸化鉛、亜鉛、硫黄、セレン、明礬、マ
ンガン、アルカリ塩、酸化ビスマス等の一種以上を含有
した各種ガラス材料を用いることができる。

【００３１】前記溶媒としては、前記有機性添加物と相
溶するものであれば特に限定するものではない。

【００３２】前記有機性添加物としては、熱可塑性樹
脂、あるいは紫外線硬化樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性
樹脂等を用いることができる。その他としては、分散
剤、離型剤、硬化剤、滑材、可塑剤等の各種有機物を用
いることができる。

【００３３】前記電界放出素子用成形型８は溝を多数有
しており、その形状は平板形状、円筒形状等、如何なる
ものでも良く、また、その材質は、金属、セラミック、
樹脂等を使用することができる。

【００３４】また、本発明の前面板１や背面板３として
用いる基板としては、ソーダライムガラスや低ソーダガ
ラス、鉛アルカリケイ酸ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、
無アルカリガラス等の透明ガラス基板や各種セラミック
基板を用いることができる。

【００３５】また、基板上に各組成物から成る各材料を
形成する手段は、特に限定するものではないが、例え
ば、ロールコーター、ドクターブレード、スクリーン印
刷、グラビア印刷等で直接に基板上に形成する手法、テ
ープ成形機やロール圧延機などにより所定のシート形状
とした物を、所望の形状に切断し、基板上に転写する手
法などを用いることができ、最終的に均一な膜厚で形成
できればよい。

【００３６】また、本発明の実施形態は電界放出素子５
を背面板３に形成した例を説明したが、電界放出素子５
を前面板１に形成しても何ら問題ない。

【００３７】

【実施例】次に、本発明の電界放出表示装置用基板とそ
の製造方法について以下のように評価した。（実施例１）先ず、背面板３として厚さ３ｍｍで８イン
チサイズのソーダライムガラスを使用し、電界放出素子
用組成物としてカーボンナノチューブを含有したカーボ
ン粉末にバインダー、溶剤、分散剤、粘度調整剤、可塑
剤を添加した物を用いて、これを背面板３上にスリット
コーターにて塗布し、それを乾燥し、電界放出素子用材
料７を形成した。

【００３８】次に、電界放出素子用成形型８として金属
からなる、ピッチ６００μｍ、幅５０μｍ、深さ５０μ
ｍ、断面形状が三角形の溝を有する型を用いて、電極材
料層７を加圧し塑性変形させ電界放出素子５を成形し
た。

【００３９】次に、前面板１として厚さ３ｍｍで８イン
チサイズのソーダライムガラスを使用し、隔壁成形用組
成物として鉛ガラスを主成分とした粉末にバインダー、
溶剤、分散剤、粘度調整剤、可塑剤を添加した物を用い
て、これを前面板１上にスリットコーターにて塗布し、
それを乾燥し、隔壁材料層を形成した。

【００４０】次に、隔壁成形型として金属からなる、ピ
ッチ６００μｍ、幅１５０μｍ、深さ５００μｍの溝を
有する型を用いて、隔壁材料層を加圧し塑性変形させ隔
壁２を成形した。

【００４１】その後、前面板１及び背面板３を大気中５
８０℃の焼成を行い、本発明の電界放出表示装置用基板
を得た。

【００４２】得られた電界放出表示装置用基板を貼り合
わせ、真空排気を行い、ドライバの接続を行い表示特性
の調査を行ったところ、発光ばらつきの少ない良好表示
特性が得られた。（実施例２）先ず、背面板３として厚さ３ｍｍで８イン
チサイズのソーダライムガラスを使用し、電界放出素子
用組成物としてカーボンナノチューブを含有したカーボ
ン粉末にバインダー、溶剤、分散剤、粘度調整剤、可塑
剤を添加した物を用いて、これを背面板３上にスリット
コーターにて塗布し、それを乾燥し、電極材料層７を形
成した。

【００４３】次に、電界放出素子用成形型８として金属
からなる、ピッチ６００μｍで、トップ幅１０μｍ、ボ
トム幅５０μｍ、高さ５０μｍ、トップとボトムをＲ面
でつないだ形状となる溝を有する型を用いて、電極材料
層７を加圧し塑性変形させ電界放出素子５を成形した。

【００４４】次に、前面板１として厚さ３ｍｍで８イン
チサイズのソーダライムガラスを使用し、隔壁成形用組
成物として鉛ガラスを主成分とした粉末にバインダー、
溶剤、分散剤、粘度調整剤、可塑剤を添加した物を用い
て、これを前面板１上にスリットコーターにて塗布し、
それを乾燥し、隔壁材料層を形成した。

【００４５】次に、隔壁成形型として金属からなる、ピ
ッチ６００μｍ、幅１５０μｍ、深さ５００μｍの溝を
有する型を用いて、隔壁材料層を加圧し塑性変形させ隔
壁２を成形した。

【００４６】その後、前面板１及び背面板３を大気中５
８０℃の焼成を行い、本発明の電界放出表示装置用基板
を得た。

【００４７】得られた電界放出表示装置用基板を貼り合
わせ、真空排気を行い、ドライバの接続を行い表示特性
の調査を行ったところ、発光ばらつきの少ない良好な表
示特性が得られた。（比較例）先ず、背面板３として厚さ３ｍｍで８インチ
サイズのソーダライムガラスを使用し、電界放出素子用
組成物としてカーボンナノチューブを含有したカーボン
粉末にバインダー、溶剤、分散剤、粘度調整剤を添加し
た物を用いて、これを背面板３上にピッチ６００μｍ、
幅５０μｍ、厚み５０μｍでライン状に電界放出素子５
を印刷形成した。その後、背面板３を大気中５８０℃の
焼成を行った。次に、前面板１上に、予め作製した幅１
５０μｍ、高さ３００μｍの隔壁２をピッチ６００μｍ
で配置した。

【００４８】その後、前面板１と背面板３を貼り合わせ
真空排気を行い、ドライバの接続を行った。この時点で
一部隔壁２の倒れが確認された。続いて、表示特性の調
査を行ったところ、発光のばらつき及び異常放電が見ら
れ良好な表示特性が得られなかった。

【００４９】これらの結果からも明らかなように、比較
例においては隔壁の倒れが発生しており、また、表示特
性も不十分であった。一方、本発明実施例においては隔
壁の倒れは発生しておらず、また表示特性も良好なもの
であった。

【００５０】尚、本発明は実施例に何等限定されるもの
ではない。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明の電界放出表示装
置用基板は、電界放出素子の幅を基板側から電極頂部に
向けて狭くし、また、頂部端面に面取りを形成し、更
に、導電材料を電界放出素子頂部の方向へ配向させるこ
とで電子の放出ばらつきを低減できる。その結果、これ
を用いて構成した電界放出表示装置は高品位な表示特性
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電界放出表示装置用基板の断面図
である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る電界放出表示装
置用基板の電界放出素子の製造方法を示す図である。

【図３】一般的な電界放出表示装置用基板の断面図であ
る。

【符号の説明】

１：前面板２：隔壁３：背面板４：蛍光体５：電界放出素子６：導電材料７：電極材料層８：電界放出素子用成形型 θ：電界放出素子側面と基板垂線との成す角Ｃ：面取り部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に電界放出素子を一体的に形成して
なり、上記電界放出素子の幅を基板側から頂部に向けて
狭くしたことを特徴とする電界放出表示装置用基板。
【請求項２】基板上に電界放出素子を一体的に形成して
なり、上記電界放出素子の頂部端面に面取りを形成した
ことを特徴とする電界放出表示装置用基板。
【請求項３】基板上に電界放出素子を一体的に形成して
なり、上記電界放出素子中の導電材料が高さ方向に配向
していることを特徴とする電界放出表示装置用基板。
【請求項４】導電性材料とガラス粉体とバインダーとの
混合物からなる電極材料層を基板上に形成し、複数の溝
を刻設した型で上記電極材料層を加圧し、上記基板上に
電界放出素子を形成することを特徴とする電界放出表示
装置用基板の製造方法。
【請求項５】導電性材料とガラス粉体とバインダーとの
混合物からなる電極材料層を、複数の溝を刻設した型の
溝内部に充填し、上記基板上に転写することで電界放出
素子を形成することを特徴とする請求項４記載の電界放
出表示装置用基板の製造方法。
【請求項６】請求項１〜３の何れかに記載の電界放出表
示装置用基板に、蛍光体、隔壁を備えてなることを特徴
とする電界放出表示装置。