JP2004285370A

JP2004285370A - 電界放出型ディスプレイ用部材

Info

Publication number: JP2004285370A
Application number: JP2003075884A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Inoue; 良二井上; Takehisa Seo; 武久瀬尾; Yasuyuki Iida; 恭之飯田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】低コスト化・高寸法精度化・高性能化・大型化に対応できる電界放出型ディスプレイ用部材を提供する。
【解決手段】質量％でＮｉを４３〜５３％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であって、かつ０．０００５％≦Ｃ≦０．０２％、Ｍｎ≦０．６０％、Ｓｉ≦０．２０％、Ｃｒ≦０．２０％、Ｐ≦０．００６％、Ｓ≦０．００３％、Ｂ≦０．００３％、Ｏ≦０．００５％、０．０００５％≦Ｎ≦０．０１％の範囲に制御した電界放出型ディスプレイ用部材である。好ましくは、固溶強化元素および／または析出強化元素として、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒの一種または二種以上を合計で０．０３〜７％含有する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）の構成部材である隔壁（リブ）、スペーサ、収束電極、ゲート電極、グリッド、ブラックマトリックスおよび背面板等に利用される金属部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界放出型ディスプレイは、例えば図１に示されるような構造を有し、背面板ガラス１上には電極２と、その上にはカーボンナノチューブ等から構成されたエミッタ３が形成されている。そして、背面板ガラス１に対向して蛍光体６を有した前面板ガラス７が、隔壁（リブ）４とグリッド５を挟んで配置されている（例えば特許文献１参照）。そして、このような電界放出型ディスプレイの隔壁（リブ）やグリッド、背面板、さらにはスペーサ、収束電極、ゲート電極、ブラックマトリックス等に用いられる部材に金属材料を使用する場合は、ガラスの熱膨張係数に近いＦｅ−４２％Ｎｉ、Ｆｅ−５０％Ｎｉ、Ｆｅ−４２％Ｎｉ−６％Ｃｒを利用することが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６７７２０号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００２−３６７５４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
金属材料を、グリッドに代表される、例えば図２に示すような形状の電界放出型ディスプレイ用部材へ用いることの利点の一つは、孔空け加工が比較的容易にできるため、一枚の板に多数の微細貫通孔を有するメッシュを形成できることである。具体的には、プレスによる打ち抜き加工、レーザ加工、エッチング加工等が考えられるが、経済性、精度からエッチング法が最も望ましい。
【０００６】
しかし、上記の金属材料に通常のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いた場合、金属材料中に含有されたエッチング性を劣化させる元素によってエッチング孔の形状が悪くなったり、加工速度が遅く生産性が悪いという問題が懸念される。従って、エッチング性に影響を及ぼす元素を特定の範囲内に制御する必要がある。
【０００７】
また、結晶面の配向によっても、エッチング速度が遅くなったり、エッチング孔の形状が異常になるという問題がある。従って、エッチング速度を速め、エッチング孔の異形状化を抑制できるような結晶面の配向度に制御することが必要である。
【０００８】
そして、隔壁、グリッド、ブラックマトリックス等については黒化性が要求されることも考えられ、特に黒化性への影響が大きい特定の元素が多いと黒色度が不十分でコントラストが悪いという問題が考えられる。従って、その対策として黒化性を向上させるためには、特定の上記元素種を特定して、それを抑制する必要がある。
【０００９】
さらに、電界放出型ディスプレイの実用製品となると、その画面サイズは５〜５０インチが対象サイズとなっているため、その部材寸法は７００ｍｍ幅×１ｍ長さに近い場合もある。よって、極微細なエッチング孔を有するような、電界放出型ディスプレイ用部材の組立て時には、自重や引張応力でエッチング孔に変形が生じることが懸念され、ハンドリング性の問題もある。従って、電界放出型ディスプレイ用の金属材料には、エッチング孔を有していても、ハンドリング性を容易にするに足りるだけの機械的強度も必要となる。
【００１０】
上述した参考文献２に開示される金属材料は、ガラスに近い熱膨張係数を有する合金として一般に知られているＦｅ−４２％Ｎｉ、Ｆｅ−５０％Ｎｉ、Ｆｅ−４２％Ｎｉ−６％Ｃｒを用いたものである。しかしながら、通常一般的に利用されるこれらの材料を単純に用いた場合、エッチング性、黒化性、ハンドリング性に問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、エッチング性と黒化性を劣化させる元素種を特定してそれらを制御すると共に、好ましくは結晶面の配向度を調整し、一定以上の機械的特性を付与させることで、低コスト化・高寸法精度化・高性能化・大型化に対応できる電界放出型ディスプレイ用部材を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電界放出型ディスプレイ用部材に必要とされる優れたエッチング性・黒化性・ハンドリング性の実現にはエッチング性・黒化性を劣化させる元素量を特定範囲内に制御し、さらには（２００）結晶方位を調整し、素材の０．２％耐力を向上させることで目的が達成されることを見いだした。
【００１３】
すなわち、本発明は、質量％でＮｉを４３〜５３％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であって、かつ０．０００５％≦Ｃ≦０．０２％、Ｍｎ≦０．６０％、Ｓｉ≦０．２０％、Ｃｒ≦０．２０％、Ｐ≦０．００６％、Ｓ≦０．００３％、Ｂ≦０．００３％、Ｏ≦０．００５％、０．０００５％≦Ｎ≦０．０１％の範囲に制御した電界放出型ディスプレイ用部材である。
【００１４】
好ましくは、固溶強化元素および／または析出強化元素として、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒの一種または二種以上を、質量％で合計０．０３〜７％含有した電界放出型ディスプレイ用部材である。
【００１５】
また、より好ましくは（２００）結晶方位の配向度が６０％以上９９％以下である電界放出型ディスプレイ用部材、あるいはさらに、２０℃での０．２％耐力が、４００Ｎ／ｍｍ^２以上である電界放出型ディスプレイ用部材である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の重要な特徴の一つは、エッチング性・黒化性に影響を及ぼす元素を特定の範囲内に調整したことである。これにより、電界放出型ディスプレイ用部材に求められる極微細なエッチング孔を形成するとともに優れた黒色度を発現できる。
【００１７】
以下に、本発明の電界放出型ディスプレイ用部材の成分規定理由を述べる。なお、含有量は“質量％”である。
Ｎｉは、熱膨張係数を調整する重要な元素である。電界放出型ディスプレイ用部材は、前面板ガラスや背面板ガラスと同程度の熱膨脹特性が要求され、６．５〜１０．５×１０^−６／℃の熱膨張係数に制御する必要がある。この熱膨張係数の温度範囲は室温から接合温度までであって、通常、低融点のガラスフリットで電界放出型ディスプレイ用部材と前面板ガラスや背面板ガラスは接合されるが、その温度は４００〜５００℃である。この熱膨張係数に入らない場合は、接合後に剥離、そり、位置ずれが生じ易い。
【００１８】
従って、上記のガラスに近い熱膨張係数を達成する部材として、本発明の電界放出型ディスプレイ用部材はＮｉを４３〜５３％含むＦｅ−Ｎｉ系合金とする。より好ましくは４７〜４９％であり、この範囲に調整すると７．５〜９．５×１０^−６／℃の熱膨張係数が容易に得られる。
【００１９】
Ｃは、エッチング速度・エッチングファクターに大きく影響を及ぼす元素である。Ｃ量が少ない程、これら特性数値は大きくなり好ましいが、コストとの関係から０．０２％以下とする。エッチング性のみを考慮すると、好ましくは０．００６％以下である。しかし一方で、Ｃは組織中への固溶強化作用や、その金属化合物（例えば、ＮｂＣ）が微細に析出してマトリックスの結晶粒を抑制して強化する作用もあるため、０．０００５％以上が必要である。その強化作用は０．０２％まで有効であるが、それ以上添加しても効果は小さく、巨大炭化物が生成し易くなり、エッチング孔の形状が異形状となる。
【００２０】
Ｍｎは、熱間加工性を改善する元素であるが、０．６０％を越えて添加しても効果が無いため、０．６０％以下とする。
【００２１】
Ｓｉは、脱酸剤として使用される元素であるが、多いとＦｅ_２Ｃｌ_３エッチング液と反応してエッチング残査が生成し、エッチング液のスプレーノズルを閉塞させる問題があり、必要最少限の添加量とする必要がある。本発明では０．２０％以下とする。
【００２２】
Ｃｒは、黒化性を阻害する元素であり、０．２０％以下に抑制する。これより多いと黒色度が低くなり、コントラストが低下する。
【００２３】
Ｐ、Ｓは、熱間加工性を阻害する元素であり、それぞれ０．００６％以下、０．００３％以下に抑制する。
【００２４】
Ｂは、熱間加工性を改善する元素であるが、０．００３％を越えるとエッチング速度・エッチングファクターが急激に低下するため、０．００３％以下に抑制する。
【００２５】
Ｏは、介在物形成元素であり、エッチング孔の形状に悪影響を与えるため最少限に抑制する必要がある。本発明では０．００５％以下とする。
【００２６】
Ｎは、その組織中への固溶強化に加えて、金属化合物（例えば、ＮｂＮ）が微細に析出して、マトリックスの結晶粒を抑制して強化する作用があり、その効果として０．０００５％以上の含有量が必要である。しかし、０．０１％を超えると鋼塊中にブローホールを形成し易いため、０．０１％以下とした。
【００２７】
また、本発明では、合金元素の添加により、ハンドリング性を向上させることが可能である。具体的には、固溶強化元素および／または析出強化元素としてＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒの一種または二種以上を含有する方法である。これらの含有量は、合計で０．０３％未満では強化効果が小さく、７％を超えるとエッチング性を著しく阻害することから、質量％で合計０．０３〜７％に規定する。特にＡｌとＴｉは析出強化をさせるためには有効な元素で、Ａｌ＋Ｔｉで１〜５％の範囲で添加すれば、特に強度を向上させることができ、優れたハンドリング性を得ることができる。
【００２８】
また、上述の固溶強化元素および／または析出強化元素を添加すれば、熱膨張係数が大きくなることから、熱膨張係数を前面板ガラスや背面板ガラスと同程度の６．５〜１０．５×１０^−６／℃の熱膨張係数に制御するためには、Ｎｉ添加量を４３〜５０％と低目に制御することが望ましい。
【００２９】
次に、エッチング孔の形成において、エッチング速度を速め、異形状化を抑制するには特定の結晶面への集積度を高めることが有効である。本発明の優れたエッチング性の実現には、エッチング速度に影響を及ぼす（２００）結晶方位への集積が特に有効であり、この結晶面に優先的に結晶面を配向させることでエッチング速度が特に速くなる。（２００）結晶方位の配向度が６０％より低い場合はその効果が小さいため、６０％以上集積させることが好ましい。さらに好ましくは８０％以上の配向度を付与すると良い。しかし、（２００）結晶方位への配向を高くし過ぎると、エッチング孔の異形化が起こり易くなる。従って、望ましい（２００）結晶方位の配向度は９９％以下が良い。
【００３０】
本発明の（２００）結晶方位への配向度を高めるためには、冷間圧延の圧下率を大きくした後、焼鈍を施すことで実現され、特に８５％程度の圧下率では約９０％の（２００）結晶方位の配向となり特に有効である。
【００３１】
本発明では、電界放出型ディスプレイ用部材の寸法が７００ｍｍ幅×１ｍ長さといった大型化によって、自重や引張応力でエッチング孔の変形を抑制するに足りる強度が必要であるため、ハンドリング性を０．２％耐力で評価した。この試験温度を２０℃としたのは、電界放出型ディスプレイ用部材単品での取り扱いが常温で行われるケースが多いためである。大型化した本部材を量産する場合、２０℃での０．２％耐力が低いとエッチング後の金属材料の取り扱いや組立て時に開孔部が塑性変形を起こし易い。よって、本発明の部材は、これを抑制するための要件として４００Ｎ／ｍｍ^２以上の０．２％耐力（２０℃）とすることが好ましく、これにより高強度の電界放出型ディスプレイ用部材が得られ、大型化、さらには薄板化への対応や、組立ての際などに発生し易い変形が抑制できる。
【００３２】
本発明の部材において、２０℃での０．２％耐力を４００Ｎ／ｍｍ^２以上とする手法としては、圧下率を上げて歪みを増加させる加工強化法と、合金元素の添加により固溶強化、析出強化を図る方法と、そして、これらを組合せる方法の３通りがある。加工強化による強度向上方法としては、最終の冷間圧延率を向上させることにより、１５％以上の圧下率で４００Ｎ／ｍｍ^２以上の０．２％耐力（２０℃）が得られる。
【００３３】
本発明の電界放出型ディスプレイ用部材は、グリッドに代表されるような、微細なエッチング加工が施されるような部材の他に、例えば帯状部材として背面板にも用いることができる。従来、ガラスが用いられてきた背面板については、構成部材としてガラスである必要は無く、本発明の帯鋼からなる金属板部材とすれば、破損の危険性も無く、薄型化・軽量化・低コスト化が可能となる。隔壁と背面板を、例えばハーフエッチングで一体化し、一枚の金属板部材として作製すれば、板厚が厚くなり、ハンドリング時の隔壁の変形が抑制されるだけでなく、隔壁と背面板との位置合わせも不要となり、製造コストの低減が図れる。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
先ず、表１中のＮｏ．１〜１２の組成を有する残部実質ＦｅのＦｅ−Ｎｉ系合金の鋼塊を真空溶解により作製した。そして、そのうちのＮｏ．１〜５について鍛造−熱間圧延により厚さ２ｍｍのフープとした。さらに冷間圧延、中間焼鈍を数回施し０．１５ｍｍの厚さに仕上げた後、６００℃で歪み取り焼鈍を行い供試材とした。
【００３５】
【表１】

【００３６】
続いて、供試材を図２に示すエッチングパターンで、Ｆｅ_２Ｃｌ_３溶液のスプレーエッチングにより加工を行った。さらに、このエッチング加工品をＮ_２とＣｏ_２の混合ガス中で、露点：＋４０℃とし、６００℃×３０分の条件で黒化させ、その黒色度を判定した。エッチング速度、エッチング孔形状（○：実用支障なし，×：支障あり）、黒色度（同）について調査を行った結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
本発明の規定を満たすＮｏ．１は、各特性に優れたものである。ＣまたはＢを本発明の規定より多く含むＮｏ．２と３は、エッチング速度が遅く、Ｏを本発明の規定より多く含むＮｏ．４は、エッチング孔輪郭が介在物の脱落によって異形状となっている。また、Ｃｒを本発明の規定より多く含むＮｏ．５は、黒色度が悪い結果となった。
【００３９】
（実施例２）
次に、Ｎｏ．１の組成の合金について、圧下率が５０％、７０％、９０％、９５％となるように冷間圧延して０．２ｍｍにした後、９００℃で焼鈍を施し、最終的な厚さである０．１５ｍｍに冷間圧延して仕上げた。この試験材を、エックス線回折を行うために表面を電解研磨にて調整し、（２００）結晶方位の配向度を調査した。（２００）結晶方位の配向度は（１１１）、（２００）、（１１０）、（３１１）の主たる方位の相対強度で求め、次式で求めることができる。
［（２００）％／｛（１１１）％＋（２００）％＋（１１０）％＋（３１１）％｝］×１００（％）
【００４０】
そして、この試験材のエッチング速度と孔形状について調査を行った。孔形状の異常の有無はエッチング孔２００個について顕微鏡を用いて観察した（◎：輪郭形状に異常なし，○：実用支障なし）。これらの結果を表３に示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
本発明の成分組成に加えて、好ましい（２００）配向度を有するＮｏ．２１、２２は、各特性に優れたものである。（２００）配向度の低いＮｏ．２０ではエッチング速度が僅かながら遅くなり、また（２００）配向度が９９％と高くなったＮｏ．２３では孔形状に若干異形が生じたが、実用上使用できるレベルであった。
【００４３】
（実施例３）
表１中のＮｏ．１の組成の合金を（実施例１）と同様の方法で厚さ２ｍｍのフープとした後、９００℃で焼鈍を施した。その後の冷間圧延の圧下率を０％、１０％、１５％、３０％、６０％と変えた試験材料を作製し、２０℃での０．２％耐力を測定した。測定に用いた試験片はＪＩＳＺ２２０１で定められたＪＩＳ１４Ｂ号試験片である。また、０．２％耐力の測定はＪＩＳＺ２２４１の金属材料引張試験方法に基づき行なった。その結果を表４に示す。冷間圧延率が１５％以上のとき本発明に規定した望ましい強度が得られることがわかる。
【００４４】
【表４】

【００４５】
（実施例４）
所定量のＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗを添加した、表１中のＮｏ．６〜１２の組成の合金を（実施例３）と同様の方法で厚さ２ｍｍのフープとした後、１０００℃で溶体化処理を施した。その後、７００℃×１時間の条件で時効処理を行い、さらに時効処理後１５％の圧下率で冷間圧延を行った。焼鈍後、時効処理後、１５％圧延後の２０℃での０．２％耐力を表５に示す。時効処理後あるいは１５％圧延後でいずれも本発明に規定した望ましい強度が得られることがわかる。
【００４６】
【表５】

【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、低コスト化・高寸法精度化・高性能化・大型化に対応できる電界放出型ディスプレイ用部材を提供することが可能で、工業上の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】電界放出型ディスプレイの構造の一例を示す図である。
【図２】本発明の電界放出型ディスプレイ用部材の形状の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１背面板ガラス、２電極、３エミッタ、４隔壁（リブ）、５グリッド、６蛍光体、７前面板ガラス

Claims

質量％でＮｉを４３〜５３％含むＦｅ−Ｎｉ系合金であって、かつ０．０００５％≦Ｃ≦０．０２％、Ｍｎ≦０．６０％、Ｓｉ≦０．２０％、Ｃｒ≦０．２０％、Ｐ≦０．００６％、Ｓ≦０．００３％、Ｂ≦０．００３％、Ｏ≦０．００５％、０．０００５％≦Ｎ≦０．０１％の範囲に制御したことを特徴とする電界放出型ディスプレイ用部材。
固溶強化元素および／または析出強化元素として、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒの一種または二種以上を、質量％で合計０．０３〜７％含有したことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型ディスプレイ用部材。
（２００）結晶方位の配向度が６０％以上９９％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電界放出型ディスプレイ用部材。
２０℃での０．２％耐力が、４００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電界放出型ディスプレイ用部材。