JP2004055385A

JP2004055385A - メタルバック付き蛍光面および画像表示装置

Info

Publication number: JP2004055385A
Application number: JP2002212465A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tabata; 田畑　仁; Takeshi Koyaizu; 小柳津　剛; Isamu Tsuchiya; 土屋　勇; Takeo Ito; 伊藤　武夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】ＦＥＤのような画像表示装置のメタルバック付き蛍光面において、メタルバック層の成膜性および密着性を向上させ、耐圧特性を改善する。
【解決手段】本発明は、フェースプレート内面に光吸収層および蛍光体層をそれぞれ有し、該蛍光体層上にメタルバック層を有するメタルバック付き蛍光面であり、蛍光体層が２層以上の異なる粒径の蛍光体を主体とする層を有することを特徴とする。蛍光体層を、３〜１５μｍの粒径を有する第１の蛍光体の下層と、第１の蛍光体より粒径の小さい（好ましくは１／２以下）第２の蛍光体の上層との積層構造とすることができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルバック付き蛍光面、およびメタルバック付き蛍光面を有する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、陰極線管（ＣＲＴ）やフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などの画像表示装置では、蛍光体層の内面（電子源側の面）にアルミニウム（Ａｌ）膜などの金属膜が形成されたメタルバック方式の蛍光面が広く採用されている。
【０００３】
この蛍光面の金属膜は、メタルバック層と呼ばれ、電子源から放出された電子により蛍光体から発せられた光のうちで、電子源側に進む光をフェースプレート側へ反射して輝度を高めること、および蛍光面に導電性を付与しアノード電極の役割を果たすことを目的としたものである。また、真空外囲器内に残留するガスの電離により生じるイオンによって、蛍光体が損傷することを防ぐ機能をも有している。
【０００４】
メタルバック層の形成は、通常、蛍光体層の上にニトロセルロース等の有機樹脂からなる薄い膜をスピン法などで形成し、その上にＡｌを真空蒸着し、さらに焼成して有機物を除去する方法により行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のメタルバック付き蛍光面では、蛍光体層の表面に蛍光体粒子に起因する大きな凹凸（段差）が存在し、蛍光体層の平坦性が悪いため、その上に形成されるメタルバック層の成膜性が悪く、また密着性が不十分であった。そのため、メタルバック層に亀裂やしわ、ピンホール等が生じ易く、耐圧特性が低いという問題があった。また、高輝度の蛍光面を得ることが難しく、特に低速電子線領域で作動するＦＥＤのような表示装置では、輝度ムラの問題も発生していた。
【０００６】
従来から、蛍光体層の表面の段差および凹凸を解消し、メタルバック層の成膜性や密着性を高めるために、蛍光体の粒径を微細化するなどの方法も考えられているが、この方法では、表示面の輝度が大幅に低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、メタルバック層の成膜性が良好で下層の蛍光体層との密着性に優れており、輝度低下を伴うことなく耐圧特性が向上されたメタルバック付き蛍光面、およびそのようなメタルバック付き蛍光面を備え、高輝度で安定した表示が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明のメタルバック付き蛍光面は、フェースプレートの内面に少なくとも光吸収層と蛍光体層を有し、該蛍光体層上にメタルバック層を有する蛍光面であり、前記蛍光体層が、少なくとも２層の互いに異なる粒径の蛍光体を主体とする層を有することを特徴とする。
【０００９】
第１の発明のメタルバック付き蛍光面において、蛍光体層が、３〜１５μｍの粒径を有する第１の蛍光体を主体として含む蛍光体下層と、該蛍光体下層の上に形成され、前記第１の蛍光体より粒径の小さい第２の蛍光体を主体として含む蛍光体上層とを有することができる。そして、第２の蛍光体の粒径を、第１の蛍光体の粒径の１／２より小さくすることができる。
【００１０】
また、このメタルバック付き蛍光面において、蛍光体層の上面と光吸収層の上面とが、１〜５μｍの段差を有することができる。さらに、光吸収層の上に結着性の無機材料を主体とする段差調整層を有し、メタルバック層が前記段差調整層の上面に接して形成されており、かつ蛍光体層の上面と前記段差調整層の上面とが、１〜５μｍの段差を有することができる。
【００１１】
第２の発明の画像表示装置は、フェースプレートと、前記フェースプレートと対向配置されたリアプレートと、前記リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレート上に前記リアプレートに対向して形成され、前記電子放出素子から放出される電子線により発光する蛍光面とを具備し、前記蛍光面が、前記した第１の発明のメタルバック付き蛍光面であることを特徴とする。
【００１２】
本発明のメタルバック付き蛍光面においては、蛍光体層が異なる粒径の蛍光体を主体とする複数の層を有し、例えば、蛍光体層の上面の面内の凹凸（段差）が１〜５μｍとなるように、比較的粒径の大きな蛍光体から成る下層の上に粒径の小さい蛍光体から成る上層が積層・形成された構造となっているので、蛍光体層の表面の凹凸が低減され、十分な平坦性が実現される。その結果、蛍光体層の上に形成されるメタルバック層の成膜性が向上し、亀裂やピンホール、しわ等のない平滑なメタルバック層を得ることができる。また、メタルバック層と蛍光体層との密着性が向上するため、耐圧特性が大幅に向上する。さらに、蛍光体層が、比較的大粒径の蛍光体から成る層を有しているので、十分に高輝度の表示面が得られる。
【００１３】
また、本発明の画像表示装置においては、輝度低下を生じることなく耐圧特性が向上したメタルバック付き蛍光面を有しているので、高輝度、高品位で耐久性・信頼性に優れた表示を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るメタルバック付き蛍光面の第１の実施形態を示す断面図である。
【００１６】
図において、符号１はガラス基板を示す。このガラス基板１の内面には、カーボンブラックのような黒色顔料等からなる所定パターン（例えばストライプ状あるいはドット状）の光吸収層２が、フォトリソ法などにより形成されている。また、光吸収層２のパターンの間に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層３が設けられている。さらに、光吸収層２と蛍光体層３を有する蛍光面の上に、Ａｌ膜のような金属膜から成るメタルバック層４が形成されている。
【００１７】
各色の蛍光体層３は、それぞれ第１の蛍光体から成る蛍光体下層３ａの上に、第１の蛍光体より粒径の小さい第２の蛍光体から成る蛍光体上層３ｂが積層された２層構造を有している。
【００１８】
ここで、第１の蛍光体は３〜１５μｍの粒径を有している。第２の蛍光体の粒径Ｒ_２は、第１の蛍光体の粒径をＲ_１とすると、Ｒ_２＜（１／２）Ｒ_１とすることが望ましく、より好ましい範囲は（１／５）Ｒ_１＜Ｒ_２＜（１／３）Ｒ_１である。
【００１９】
また、蛍光体層３全体の厚さは、３〜２０μｍとし、蛍光体下層３ａと蛍光体上層３ｂとの厚さの比は、８：２〜７：３とすることが好ましい。
【００２０】
さらに、蛍光体層３の上面と光吸収層２の上面が、１〜５μｍの段差を有するように構成することが望ましい。
【００２１】
蛍光体層３の上面と光吸収層２の上面との段差が１μｍ未満では、メタルバック層４を形成した後の加熱処理工程で、有機ガスの抜け道がなくなるため、有機成分の焼け残りやメタルバック層４の火膨れなどの問題が発生して好ましくない。段差が５μｍを超える場合には、下層の平坦性が乏しくなるため、メタルバック層４の蛍光面への追従が不十分となり成膜性が悪化する。したがって、連続したメタルバック層４が得られない。
【００２２】
さらに、蛍光体層３を３層以上の多層構造とすることも可能である。例えば、３〜１５μｍの粒径を有する第１の蛍光体の層と、第１の蛍光体の１／２以下の粒径を有する第２の蛍光体の層との間に、これらの中間の粒径を有する第３の蛍光体の層を設けることができる。
【００２３】
各色の蛍光体層３を形成するには、まず、３〜１５μｍの粒径を有するＺｎＳ系、Ｙ_２Ｏ_３系、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ系などの第１の蛍光体と、バインダである樹脂成分、溶媒および添加剤などからなる第１の蛍光体ペーストを、所定の位置にスクリーン印刷し、蛍光体下層のパターンを形成した後、粒径の小さい第２の蛍光体と樹脂バインダ、溶媒および添加剤等からなる第２の蛍光体ペーストを、対応する蛍光体下層の上にスクリーン印刷し、蛍光体上層のパターンを形成する。
【００２４】
なお、蛍光体下層および蛍光体上層のパターンは、第１および第２の蛍光体を含むスラリーを塗布し、フォトリソ法によりパターニングする方法（スラリー法）により形成することもできる。
【００２５】
また、図２に示すように、光吸収層２の上に、結着性の無機材料を主成分として含む段差調整層５を光吸収層２と同一のパターンで形成し、この段差調整層５の上面と蛍光体層の上面とが、１〜５μｍの段差を有するように調整することができる。蛍光体層３と段差調整層５との段差が１μｍ未満では、メタルバック層４を形成した後の加熱処理工程で、有機ガスの抜け道がなくなるため、有機成分の焼け残りやメタルバック層４の火膨れなどの問題が発生して好ましくない。段差が５μｍを超える場合には、下層の平坦性が乏しくなるため、メタルバック層４の蛍光面への追従が不十分となり成膜性が悪化する。したがって、連続したメタルバック層４が得られない。
【００２６】
ここで、結着性の無機材料としては、低融点ガラス、水ガラス、セラミックスなどが挙げられ、特に低融点ガラスを使用することが望ましい。低融点ガラスとしては、例えば、組成式（ＳｉＯ_２・Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）、（Ｂ_２Ｏ_３・Ｂｉ_２Ｏ_３）、（ＳｉＯ_２・ＰｂＯ）あるいは（Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）で表わされるガラスを用いることができる。
【００２７】
また、このような結着性の無機材料とともに、粒径が５μｍ以下の耐熱性の無機微粒子を、段差調整層５中に含有させることができる。耐熱性の無機微粒子としては、特に種類は限定されず、例えばＦｅ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、ＩＴＯ、ＡＴＯなどの金属酸化物から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。このような無機微粒子を含有する段差調整層５を設けた場合には、膜強度がより向上する。
【００２８】
段差調整層５の形成は、フェースプレート内面の所定の位置に光吸収層２を形成し、光吸収層２の間に各色の蛍光体層３をパターン形成した後に行うことが望ましい。蛍光体層３を形成した後に段差調整層５を形成することで、段差調整層５の厚さのコントロールが容易になる。
【００２９】
このように構成される蛍光面の上に、Ａｌ膜のような金属膜から成るメタルバック層４を形成するには、例えばスピン法で形成されたニトロセルロース等の有機樹脂からなる薄い膜の上に、Ａｌなどの金属膜を真空蒸着し、さらに約４５０℃の温度で焼成して有機物を除去する方法を採ることができる。また、以下に示すように、転写フィルムを用いてメタルバック層４を形成することもできる。
【００３０】
転写フィルムは、ベースフィルム上に離型剤層（必要に応じて保護膜）を介してＡｌ等の金属膜と接着剤層が順に積層された構造を有しており、この転写フィルムを、接着剤層が蛍光体層に接するように配置し、押圧処理を行う。押圧方式としては、スタンプ方式、ローラー方式などがある。こうして転写フィルムを押圧し金属膜を接着してから、ベースフィルムを剥ぎ取ることにより、蛍光面に金属膜が転写される。次いで、金属膜が転写されたフェースプレートに加熱処理（ベーキング）を施し有機分を分解し除去することにより、メタルバック層が形成される。
【００３１】
第１の実施形態のメタルバック付き蛍光面においては、蛍光体層３が２層構造を有し、第１の蛍光体から成る蛍光体下層３ａの上に、第１の蛍光体よりはるかに粒径の小さい第２の蛍光体から成る蛍光体上層３ｂが積層して形成されているので、蛍光体層３表面の凹凸（段差）が小さく、十分な平坦性を有している。したがって、その上に形成されたメタルバック層４の成膜性が良好であるうえに、メタルバック層４と蛍光体層３との密着性が高く、耐圧性が向上している。また、蛍光体層３が、３〜１５μｍと比較的粒径の大きな第１の蛍光体を含む層を有しているので、良好な発光輝度が実現される。
【００３２】
さらに、光吸収層２の上に段差調整層５が形成された構造では、蛍光体層３との間の段差がよりいっそう低減あるいは解消されるので、メタルバック層４の成膜性および下層との密着性がさらに向上し、しわ等のない平滑なメタルバック層を得ることができ、耐圧特性が大幅に向上する。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態として、メタルバック付き蛍光面をアノード電極とするＦＥＤを図３に示す。
【００３４】
このＦＥＤでは、前記した第１の実施形態のメタルバック付き蛍光面を有するフェースプレート６と、マトリックス状に配列された電子放出素子７を有するリアプレート８とが、１ｍｍ〜数ｍｍ程度の狭い間隙を介して対向配置され、フェースプレート６とリアプレート８との間に、５〜１５ｋＶの高電圧が印加されるように構成されている。図中符号９は、光吸収層と蛍光体層を有する蛍光面を示し、１０はメタルバック層を示す。また、符号１１は支持枠（側壁）を示す。
【００３５】
フェースプレート６とリアプレート８との間隙が極めて狭く、これらの間で放電（絶縁破壊）が起こりやすいが、このＦＥＤでは、亀裂やピンホール等がなく平滑で平坦なメタルバック層１０を有しており、メタルバック層１０と下層の蛍光面９との間の密着性が高いので、放電が抑制され耐圧特性が大幅に向上している。
【００３６】
次に、本発明をＦＥＤに適用した具体的実施例について説明する。
【００３７】
実施例１
ガラス基板上に、黒色顔料であるカーボンブラックからなるストライプ状の光吸収層（厚さ１１μｍ）を、スクリーン印刷法により形成した後、光吸収層のパターンの間に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層を、ストライプ状でそれぞれが隣り合うパターンで形成した。
【００３８】
各色の蛍光体層を形成するには、まず以下に示す組成を有する下層用の蛍光体ペーストをスクリーン印刷した後、９０℃で１０分間乾燥して蛍光体下層のパターンを形成し、次いで上層用の蛍光体ペーストをスクリーン印刷した後、９０℃で１５分間乾燥して蛍光体上層のパターンを形成した。なお、蛍光体層の全厚は１１μｍとし、蛍光体下層と蛍光体上層との厚さの比を７：３とした。また、蛍光体層の表面に存在する凹凸（段差）の最大値は、１μｍであった。
【００３９】
［下層用蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径１０μｍ）　　　　　　　　　…………３５ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　６ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………５９ｗｔ％
【００４０】
［上層用蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径２μｍ）　　　　　　　　　　…………３０ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　５ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………６５ｗｔ％
【００４１】
次に、４５０℃で２時間加熱焼成した後、蛍光面の上に、アクリル樹脂を主成分とする有機樹脂溶液を塗布、乾燥し、有機樹脂層を形成した後、その上に真空蒸着によりＡｌ膜を形成した。次いで、４５０℃の温度で３０分間加熱焼成して有機分を分解・除去し、メタルバック層を形成した。
【００４２】
次に、こうして得られたメタルバック付き蛍光面を有するパネルを使用し、ＦＥＤを作製した。すなわち、基板上に表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に多数形成した電子発生源を背面ガラス基板に固定して、リアプレートとし、このリアプレートと前記したパネル（フェースプレート）とを、支持枠およびスペーサを介して対向配置し、フリットガラスにより封着した。フェースプレートとリアプレートとの間隙は、２ｍｍとした。次いで、真空排気、封止など必要な処理を施し、ＦＥＤを完成した。
【００４３】
こうして得られたＦＥＤの耐圧特性および輝度（相対輝度）を、常法により測定・評価した。測定結果を表１に示す。
【００４４】
実施例２
以下の組成を有する下層用および上層用の蛍光体ペーストを用いて、蛍光体下層および蛍光体上層をそれぞれ形成した以外は、実施例１と同様にして、メタルバック付き蛍光面を作製した。そして、このメタルバック付き蛍光面において、蛍光体層表面の凹凸（段差）を測定した。
【００４５】
［下層用蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径７μｍ）　　　　　　　　　　…………４０ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　６ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………５４ｗｔ％
【００４６】
［上層用蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径２μｍ）　　　　　　　　　　…………３０ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　５ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………６５ｗｔ％
【００４７】
次いで、このメタルバック付き蛍光面を有するパネルを使用して、ＦＥＤを作製し、得られたＦＥＤの耐圧特性および相対輝度を、実施例１と同様に測定した。測定結果を、蛍光体層表面の凹凸の値とともに、表１に示す。
【００４８】
実施例３
以下の組成を有する下層用および上層用の蛍光体ペーストを用いて、蛍光体下層および蛍光体上層をそれぞれ形成した以外は、実施例１と同様にして、メタルバック付き蛍光面を作製した。そして、このメタルバック付き蛍光面において、蛍光体層表面の凹凸を測定した。なお、この実施例では、蛍光体下層と蛍光体上層との厚さの比は、６：４とした。
【００４９】
［下層用蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径７μｍ）　　　　　　　　　　…………３５ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　６ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………５９ｗｔ％
【００５０】
上層用蛍光体ペーストの組成
蛍光体（粒径２μｍ）　　　　　　　　　　…………３５ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　５ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………６０ｗｔ％
【００５１】
次いで、このメタルバック付き蛍光面を有するパネルを使用して、ＦＥＤを作製し、得られたＦＥＤの耐圧特性および相対輝度を、実施例１と同様に測定した。測定結果を、蛍光体層の表面の凹凸の値とともに、表１に示す。
【００５２】
さらに、比較例１および２として、以下の組成を有する蛍光体ペーストを用いて単層の蛍光体層を形成した以外は実施例１と同様にして、メタルバック付き蛍光面を作製した。そして、このメタルバック付き蛍光面において、蛍光体層表面の凹凸を測定した。
【００５３】
［比較例１の蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径７μｍ）　　　　　　　　　　…………５０ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　５ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………４５ｗｔ％
【００５４】
［比較例２の蛍光体ペーストの組成］
蛍光体（粒径２μｍ）　　　　　　　　　　…………６５ｗｔ％
樹脂（エチルセルロース）　　　　　　　　…………　３ｗｔ％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート）　　…………３２ｗｔ％
【００５５】
次いで、このメタルバック付き蛍光面を有するパネルを使用して、ＦＥＤを作製し、得られたＦＥＤの耐圧特性および発光輝度（相対輝度）を実施例１と同様に測定した。測定結果を、蛍光体層表面の凹凸の値とともに表１に示す。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１から明らかなように、実施例１〜３で得られたメタルバック付き蛍光面を備えたＦＥＤは、比較例１，２で得られたものに比べて、良好な耐圧特性を有しており、しかも実用上十分な発光輝度を有している。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メタルバック層の成膜性が良好で下層との密着性に優れており、放電の発生が抑制され耐圧特性に優れたメタルバック付き蛍光面が得られる。したがって、そのような蛍光面を有する画像表示装置においては、耐圧特性が大幅に改善され、かつ高輝度の表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るメタルバック付き蛍光面の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】本発明に係るメタルバック付き蛍光面の別の実施形態を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態であるＦＥＤの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１………ガラス基板、２………光吸収層、３………蛍光体層、３ａ………蛍光体下層、３ｂ………蛍光体上層、４、１０………メタルバック層、５………段差調整層、６………フェースプレート、７………電子放出素子、８………リアプレート、９………蛍光面、１１………支持枠

Claims

フェースプレートの内面に少なくとも光吸収層と蛍光体層を有し、該蛍光体層上にメタルバック層を有する蛍光面であり、
前記蛍光体層が、少なくとも２層の互いに異なる粒径の蛍光体を主体とする層を有することを特徴とするメタルバック付き蛍光面。
前記蛍光体層が、３〜１５μｍの粒径を有する第１の蛍光体を主体として含む蛍光体下層と、該蛍光体下層の上に形成され、前記第１の蛍光体より粒径の小さい第２の蛍光体を主体として含む蛍光体上層とを有することを特徴とする請求項１記載のメタルバック付き蛍光面。
前記第２の蛍光体の粒径が、前記第１の蛍光体の粒径の１／２より小さいことを特徴とする請求項２記載のメタルバック付き蛍光面。
前記蛍光体層の上面と前記光吸収層の上面とが、１〜５μｍの段差を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のメタルバック付き蛍光面。
前記光吸収層の上に結着性の無機材料を主体とする段差調整層を有し、前記メタルバック層が前記段差調整層の上面に接して形成されており、かつ前記蛍光体層の上面と前記段差調整層の上面とが、１〜５μｍの段差を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のメタルバック付き蛍光面。
フェースプレートと、前記フェースプレートと対向配置されたリアプレートと、前記リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレート上に前記リアプレートに対向して形成され、前記電子放出素子から放出される電子線により発光する蛍光面とを具備し、前記蛍光面が、請求項１乃至５のいずれか１項記載のメタルバック付き蛍光面であることを特徴とする画像表示装置。