JP2005005082A - 自発光型平面表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】カーボンナノチューブ等を電子源とした電子放出・制御構造を有する自発光型平面表示装置を比較的安価な製造技術を用いて実現する。
【解決手段】背面基板１０１上にスクリーン印刷でカソード電極２０２、絶縁層４０１、ゲート電極２０１を形成する。絶縁層４０１に絶縁層開口を有し、ゲート電極２０１に絶縁層開口と同じ位置に制御開口が設けられる。この制御開口の内縁は絶縁層４０１の絶縁層開口の内縁よりも後退させ、ゲート電極２０１の形成工程で、当該ゲート電極用の銀ペーストの絶縁層開口への垂れを防止する。ゲート電極２０１の制御開口にインクジェット法等でカーボンナノチューブを含んだインク２０３を塗布する。
【選択図】 図８
【解決手段】背面基板１０１上にスクリーン印刷でカソード電極２０２、絶縁層４０１、ゲート電極２０１を形成する。絶縁層４０１に絶縁層開口を有し、ゲート電極２０１に絶縁層開口と同じ位置に制御開口が設けられる。この制御開口の内縁は絶縁層４０１の絶縁層開口の内縁よりも後退させ、ゲート電極２０１の形成工程で、当該ゲート電極用の銀ペーストの絶縁層開口への垂れを防止する。ゲート電極２０１の制御開口にインクジェット法等でカーボンナノチューブを含んだインク２０３を塗布する。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中への電子放出を利用した表示装置に係り、特に、電子源を有するカソード電極とこの電子源からの電子の放出量を制御するゲート電極を備えた背面パネルとから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高輝度、高精細に優れたディスプレイデバイスとして従来からカラー陰極線管が広く用いられている。しかし、近年の情報処理装置やテレビ放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性をもつと共に軽量、省スペースの平面型表示装置の要求が高まっている。
【０００３】
その典型例として液晶表示装置、プラズマ表示装置などが実用化されている。また、特に、高輝度化が可能なものとして、電子源から真空への電子放出を利用した電子放出型表示装置、または電界放出型表示装置や、低消費電力を特徴とする有機ＥＬディスプレイなど、種々の型式のパネル型表示装置の実用化も近い。なお、補助的な照明光源を必要としないプラズマ表示装置、電子放出型表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置を自発光型平面表示装置と称する。
【０００４】
このような平面型の表示装置のうち、上記電界放出型の表示装置には、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらにより発案されたコーン状の電子放出構造をもつもの、メタル−インシュレータ−メタル（ＭＩＭ）型の電子放出構造をもつもの、量子論的トンネル効果による電子放出現象を利用する電子放出構造（表面伝導型電子源とも呼ばれる）をもつもの、さらにはダイアモンド膜やグラファイト膜、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブなどが持つ電子放出現象を利用するもの、等が知られている。
【０００５】
自発光平面型表示装置の一例である電界放出型の表示装置は、内面に電界放出型の電子源と制御電極であるゲート電極を形成した背面パネルと、この背面パネルと対向する内面に複数色の蛍光体層とアノード電極（陽極）とを備えた前面パネルの両者の内周縁に封止枠を介挿して封止し、当該背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部を真空にして構成される。背面パネルは、ガラスあるいはアルミナ等を好適とする背面基板の上に、第１の方向に延在しこの第１の方向と交差する第２の方向に延在し第１の方向に並設されて電子源をもつ複数の陰極配線と、第２の方向に延在し第１の方向に並設して設けたゲート電極を有する。そして、カソード電極とゲート電極との間の電位差で電子源からの電子の放出量（放出のオン・オフを含む）を制御する。
【０００６】
また、前面パネルはガラス等の光透過性の材料で形成された前面基板の上に蛍光体層とアノード電極を有する。封止枠は背面パネルと前面パネルとの内周縁にフリットガラスなどの接着材で固着される。背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部の真空度は、例えば１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒである。表示面サイズが大きいものでは、背面パネルと前面パネルの間に間隙保持部材（スペーサ）を介挿して固定し、両基板間の間を所定の間隔に保持している。
【０００７】
なお、ナノチューブとしての典型例であるカーボンナノチューブを電子源とした自発光型平面表示装置に関する従来技術を開示したものとして、「特許文献１」、「特許文献２」が、また、フォトリソグラフィープロセスを用いた自発光型平面表示装置については「非特許文献１」等、数多く報告されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−４３７９１号公報
【特許文献２】
特表２００２−５０８１１０号公報
【非特許文献１】
Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ ２００２ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．２２９−２３１（ｐａｐｅｒ １２−４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブ等の電子源やゲート電極などの電子放出・制御構造を同一基板である背面基板上に形成する手法としては、一般的にフォトリソグラフィープロセスが用いられている。しかしながら、この手法では大規模かつ高価な露光装置を必要とするため、製造コストが高くなる。
【００１０】
本発明の目的は、比較的安価な製造技術を用いて、カーボンナノチューブ等を電子源とした電子放出・制御構造を有する自発光型平面表示装置を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、電子放出・制御構造の全部または主要部をスクリーン印刷等の印刷法により形成することで低コストの自発光型平面型装置を得ることにある。すなわち、本発明では、背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設され、多数の電子源を有する複数のカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し第１の方向に並設されて前記電子源からの電子の取り出しを制御する複数のゲート電極を備えた背面パネルと、前記背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置において、
前記背面パネルに有するカソード電極と、このカソード電極上に形成される前記電子源の位置に開口を有して前記カソード電極上に形成した前記絶縁層と、前記絶縁層の開口に対応する部分に前記電子の取り出しを制御する制御開口を有して前記絶縁層上に形成した前記ゲート電極とを印刷により形成する。
【００１２】
また、本発明は、前記ゲート電極に有する前記制御開口の内縁が前記絶縁層の前記開口の内縁より後退した位置とすることができる。前記電子源は前記ゲート電極の前記制御開口と前記絶縁層に有する前記開口を通してナノチューブを含むインクをインクジェット法、あるいは前記ゲート電極の前記制御開口と前記絶縁層に有する前記開口を通して気相成長法で形成されたナノチューブとすることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数のゲート電極と、前記ゲート電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し前記第１の方向に並設されて多数の電子源を有する複数のカソード電極とを備えた背面パネルと、前記背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置において、
前記ゲート電極を前記背面基板上に形成された下ゲート電極と上ゲート電極で構成し、前記絶縁層を前記下ゲート電極と前記上ゲート電極を電気的に接続する開口を有して前記下ゲート電極上に形成し、
前記上ゲート電極を前記絶縁層上で前記第１の方向および前記第２の方向に不連続に整列する如く形成すると共に、該不連続に形成された各々は前記絶縁層の前記開口で前記下ゲート電極に接続し、前記カソード電極を前記絶縁層上で前記開口の間を通って前記第２の方向に形成し、前記カソード電極上の前記第１の方向に配置された前記上ゲート電極の間に前記電子源を設け、前記下ゲート電極、前記絶縁層、前記上ゲート電極及び前記カソード電極を印刷法により形成することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記上ゲート電極と前記カソード電極を前記背面基板面と平行な同一平面上に形成することができ、前記電子源をナノチューブを含むインクの印刷で、あるいは気相成長法で形成されたナノチューブ、もしくはナノチューブを含むインクをインクジェット法で形成することができる。
【００１５】
なお、本発明は上記の構成および後述する実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め上方から見た模式図である。また、図２は図１の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め下方から見た模式図である。図１および図２において、自発光型平面表示装置は、ガラスを好適とする背面パネル１および前面パネル２を封止枠３で封止して一体化して構成される。背面パネル１は、背面基板１０１の内面に電子放出・制御構造として第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設された多数のカソード電極２０２と、第２の方向に延在し第１の方向に平成された多数のゲート電極２０１を有する。カソード電極２０２には映像信号（図中、カソード信号と表記）が印加され、ゲート電極２０１には選択信号（図中、ゲート信号と表記）が印加される。
【００１７】
前面パネル２を構成する前面基板１０３の内面には、複数の（ここでは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色）蛍光体が第１の方向にストライブ状に塗布され、その上に透明導電膜としてアルミニウムを数十乃至数百ｎｍ厚に蒸着したアノード電極１０４を前面に形成してある。このアノード電極１０４には加速電圧が印加される。蛍光体は図示したようなストライブ状に限らず、各色毎にドット状としてもよい。なお、封止枠３は背面パネル１と前面パネル２の貼り合わせ内部を真空状態に保つ機能と共に対向面の間隙を所定値に維持する機能を有する。また、画面サイズが大きい場合には、封止枠３で両パネル間にスペーサを介在して対向面の間隙を所定値に保持することが行われる。これら封止枠３やスペーサもガラスとするのが好適である。
【００１８】
図３は本発明の自発光型平面表示装置を構成する背面パネルの構成例の模式的な説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部である一画素の構成を示す。背面基板１０１の表示領域１０２には、前記したカソード電極２０２とゲート電極２０１がマトリクス状に配置されている。カソード電極２０２とゲート電極２０１は図示しない絶縁層で電気的に絶縁されており、図３（ｂ）に示したように各交差部に電子源（ここでは、カーボンナノチューブ）２０３を有している。この電子源２０３はカソード電極２０２上に形成され、ゲート電極２０１に設けた制御開口（後述）から露呈している。
【００１９】
図４は本発明の自発光型平面表示装置を構成する前面パネルの構成例の模式的な説明図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部である蛍光体配列例を示す。なお、この蛍光体の上面には前記したアノード電極が形成されているが、図示は省略した。前面パネル２は映像観察面であり、前面基板１０３はガラスを好適とする。前面基板１０３の内面には、ストライプ状に繰り返し配列した３色の蛍光体３０１、３０２、３０３を有し、各蛍光体３０１、３０２、３０３の境界には遮光層すなわちブラックマトリクス３０４が配置されている。各蛍光体３０１、３０２、３０３は前記した電子源のそれぞれと対向して配置される。これら蛍光体３０１、３０２、３０３とブラックマトリクス３０４からなる蛍光体層は次のようにして形成される。
【００２０】
先ず、前面基板１０３上に公知のリフトオフ法でブラックマトリクス３０４を形成する。次に、同じく公知のスラリー法を用い各蛍光体がブラックマトリクス３０４で区画されるように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体を順に形成する。その上を覆って前記したアノード電極を形成する。
【００２１】
こうして製作した前面パネル２を前記の背面パネル１に対して電子源と蛍光体の位置決めを行い、封止枠３を介して重ね合わせ、フリットガラスで接着する。フリットガラスは前面パネル２、背面パネル１、封止枠の各対向面の何れかあるいは双方に塗布し、４５０°Ｃで加熱し、その後の温度低下で硬化させる。両パネルと封止枠で構成される内部空間は図示しない排気管から真空に引きした後、排気管を封じ切る。排気管は背面基板１０１の一部あるいは封止枠の一部に設けるのが好ましい。そして、カソード電極に映像信号を、ゲート電極に走査信号を、アノード電極に陽極電圧（アノード電圧：高電圧）を与えることで所望の映像（画像）を表示させることができる。
【００２２】
図５乃至図８は本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の製造工程とその構造の説明図である。ここで説明する本発明の自発光型平面表示装置の第１実施例はゲート電極をカソード電極よりもアノード電極側に位置させた形式である。なお、以下では表示領域における４×４画素（４個のサブピクセル、サブピクセルは単位カラー画素を意味する）について説明する。先ず、図５に示したように、背面基板１０１の上にスクリーン印刷法でカソード電極２０２をストライプ状に印刷する。ここでは、ストライプの幅Ｗ１は１００μｍ、間隔Ｄ１は１００μｍとし、例えば１２８０×３本形成する。印刷後に焼成を行う。カソード電極２０２は銀ペーストを用い、焼成後の膜厚は５μｍである。
【００２３】
次に、図６に示すように、カソード電極２０２を覆って絶縁層４０１をスクリーン印刷する。この絶縁層４０１には、その下のカソード電極２０２が各サブピクセル毎に露呈する開口（絶縁層開口）４０２を有するように印刷し、焼成する。絶縁層４０１の膜厚は焼成後に１０μｍとなるようにする。
【００２４】
図７において、ゲート電極２０１をカソード電極２０２と交差する方向にストライプ状にスクリーン印刷し、焼成する。このゲート電極２０１には絶縁層開口４０２と同じ位置に制御開口４０３が開くように形成される。また、この制御開口４０３の内縁を絶縁層４０１の絶縁層開口の内縁よりも後退させて開口面積を大きく形成し、ゲート電極２０１の形成工程で、当該ゲート電極用の銀ペーストが絶縁層開口に垂れないようにする。ゲート電極２０１の幅Ｗ２は７００μｍ、間隔Ｄ２は１００μｍである。また、その膜厚は焼成後に５μｍとなるようにする。ここでは、ゲート電極２０１を７２０本形成する。
【００２５】
次に、図８に示すように、ゲート電極２０１の制御開口にインクジェット法でカーボンナノチューブを含んだインク２０３を塗布する。このインクはカーボンナノチューブと有機溶剤を含み、比較的低温での焼成により有機溶剤を消散させる。また、このカーボンナノチューブとカソード電極との電気的接続性を良好にするため、適宜の金属粒子を含有させてもよい。
【００２６】
以上のように、スクリーン印刷法とインクジェット法を用いることで電子源を有するカソード電極とこの電子源からの電子の取り出しを制御するゲート電極からなる電子放出・制御構造を背面基板１０１に形成することができる。また、上記実施例では、各層の印刷毎に焼成を行うが、カーボンナノチューブ以外の構成層を形成後焼成し、カーボンナノチューブを塗布後に比較的低温で再度焼成することも可能である。また、ここでは、カソード電極およびゲート電極を銀ペーストを用いて形成したが、これに限らず、必要な電気伝導性を有する金属、合金、あるいは多層膜であれば採用可能である。
【００２７】
この実施例では、カーボンナノチューブの電子源をインクジェット法で塗布したが、これに代えて、炭化水素ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等の気相成長法で電子源を形成することもできる。さらに、カーボンナノチューブとしては、シングルウオールでもマルチウオール、また両者の混合物を用いることもでき、さらに、カーボン以外の材料でできたナノチューブを用いることもできる。
【００２８】
本実施例で製作した背面パネルを前記した前面パネルと組み合わせて、良好な映像表示を可能とした自発光型平面表示装置を得ることができる。
【００２９】
図９乃至図１２は本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の製造工程とその構造の説明図である。ここで説明する本発明の自発光型平面表示装置の第２実施例はゲート電極とカソード電極を背面基板と平行な同一面上に設置した形式である。先ず、図９に示したように、ガラスを好適とする背面基板１０１に下ゲート電極５０１をスクリーン印刷で形成し、焼成する。下ゲート電極５０１の幅Ｗ３は７００μｍ、間隔Ｄ３は１００μｍである。下ゲート電極５０１の塗布材料は銀ペーストで、膜厚は焼成後に５μｍとなるようにする。ここでの下ゲート電極５０１の本数は７２０本である。
【００３０】
次に、図１０に示したように、下ゲート電極５０１を覆って絶縁層５０２をスクリーン印刷で塗布し、焼成する。絶縁層５０２には下ゲート電極５０１のサブピクセル部分と隣接する部分に絶縁層開口５０３を設けて下ゲート電極５０１を露呈させる。絶縁層５０２の膜厚は、焼成後に１０μｍとなるようにする。
【００３１】
図１１では、上ゲート電極５０４とカソード電極５０５をスクリーン印刷により同時に形成し、焼成する。上ゲート電極５０４は絶縁層５０２に有する絶縁層開口を含んで、それよりも大きい面積に塗布する。上ゲート電極５０４はこの絶縁層開口で下ゲート電極５０１と電気的に接続される。上ゲート電極５０４とカソード電極５０５は共に銀ペーストであり、上ゲート電極の膜厚は焼成後に５μｍになるようにする。カソード電極５０５の幅Ｗ４は１００μｍ、間隔Ｄ４は１００μｍ、膜厚は焼成後に５μｍになるようにする。このようなカソード電極５０５をここでは１２８０×３本形成する。
【００３２】
次に、図１２に示したように、カソード電極５０５上にスクリーン印刷法でカーボンナノチューブを含んだペーストを塗布し、焼成して電子源５０６を形成する。カーボンナノチューブの幅Ｗ５はカソード電極５０５の幅より狭く、また長さＬ１は隣接する上ゲート電極５０４の長さよりも短い。
【００３３】
本実施例で製作した背面パネルを前記した前面パネルと組み合わせて、良好な映像表示を可能とした自発光型平面表示装置を得ることができる。なお、この上記の製作プロセスにおいて、塗布後の焼成は各層の塗布後毎に行うが、カーボンナノチューブ以外の構成層を形成後に焼成を行い、カーボンナノチューブの塗布後に比較的低温で再度焼成することも可能である。また、本実施例では、カーボンナノチューブをスクリーン印刷で塗布したが、これに代えて、炭化水素ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等の気相成長法で電子源を形成することもできる。さらに、カーボンナノチューブとしては、シングルウオールでもマルチウオール、また両者の混合物を用いることもでき、さらに、カーボン以外の材料でできたナノチューブを用いることもできる。
【００３４】
図１３は本発明による自発光型平面表示装置の第３実施例の製造工程とその構造の説明図である。ここで説明する本発明の自発光型平面表示装置の第３実施例の製造プロセスは前記第２実施例の説明における図９乃至図１１までは同じである。本実施例では、前記図１１で説明したプロセスで得たカソード電極５０５の上に、カーボンナノチューブを含むインクをインクジェット法で塗布して電子源６０６とする。カーボンナノチューブ６０６の幅Ｗ６はカソード電極５０５の幅より狭く、また長さＬ２は隣接する上ゲート電極５０４の長さよりも短い。
【００３５】
インクジェット法で塗布するインクにはカーボンナノチューブと有機溶剤を含み、比較的低温での焼成により有機溶剤を消散させる。また、このカーボンナノチューブとカソード電極との電気的接続性を良好にするため、適宜の金属粒子を含有させてもよい。
【００３６】
本実施例で製作した背面パネルを前記した前面パネルと組み合わせて、良好な映像表示を可能とした自発光型平面表示装置を得ることができる。なお、この上記の製作プロセスにおいて、塗布後の焼成は各層の塗布後毎に行うが、カーボンナノチューブ以外の構成層を形成後に焼成を行い、カーボンナノチューブの塗布後に比較的低温で再度焼成することも可能である。また、本実施例では、カーボンナノチューブをスクリーン印刷で塗布したが、これに代えて、炭化水素ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等の気相成長法で電子源を形成することもできる。さらに、カーボンナノチューブとしては、シングルウオールでもマルチウオール、また両者の混合物を用いることもでき、さらに、カーボン以外の材料でできたナノチューブを用いることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子放出・制御構造の主要部を印刷法で背面基板上に形成するため、従来技術のフォトリソグラフィー法のような大規模かつ高価な露光装置が不要となり、低コストで自発光型平面表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め上方から見た模式図である。
【図２】図１の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め下方から見た模式図である。
【図３】本発明の自発光型平面表示装置を構成する背面パネルの構成例の模式的な説明図である。
【図４】本発明の自発光型平面表示装置を構成する前面パネルの構成例の模式的な説明図である。
【図５】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の製造工程とその構造の説明図である。
【図６】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の図５に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図７】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の図６に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図８】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の図７に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図９】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の製造工程とその構造の説明図である。
【図１０】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の図９に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図１１】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の図１０に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図１２】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の図１１に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図１３】本発明による自発光型平面表示装置の第３実施例の製造工程とその構造の説明図である。
【符号の説明】
１・・・背面パネル、２・・・前面パネル、３・・・封止枠、１０１・・・背面基板、１０２・・・表示領域、１０３・・・前面基板、１０４・・・アノード電極、、２０１・・・ゲート電極２０２・・・カソード電極、２０３・・・電子源、３０１，３０２，３０３・・・３色の蛍光体、３０４・・・ブラックマトリクス、４０１・・・絶縁層、４０２・・・開口（絶縁層開口）、５０１・・・下ゲート電極、５０２・・・絶縁層、５０３・・・絶縁層開口、５０４・・・上ゲート電極、５０５・・・カソード電極、５０６・・・電子源。
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中への電子放出を利用した表示装置に係り、特に、電子源を有するカソード電極とこの電子源からの電子の放出量を制御するゲート電極を備えた背面パネルとから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高輝度、高精細に優れたディスプレイデバイスとして従来からカラー陰極線管が広く用いられている。しかし、近年の情報処理装置やテレビ放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性をもつと共に軽量、省スペースの平面型表示装置の要求が高まっている。
【０００３】
その典型例として液晶表示装置、プラズマ表示装置などが実用化されている。また、特に、高輝度化が可能なものとして、電子源から真空への電子放出を利用した電子放出型表示装置、または電界放出型表示装置や、低消費電力を特徴とする有機ＥＬディスプレイなど、種々の型式のパネル型表示装置の実用化も近い。なお、補助的な照明光源を必要としないプラズマ表示装置、電子放出型表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置を自発光型平面表示装置と称する。
【０００４】
このような平面型の表示装置のうち、上記電界放出型の表示装置には、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらにより発案されたコーン状の電子放出構造をもつもの、メタル−インシュレータ−メタル（ＭＩＭ）型の電子放出構造をもつもの、量子論的トンネル効果による電子放出現象を利用する電子放出構造（表面伝導型電子源とも呼ばれる）をもつもの、さらにはダイアモンド膜やグラファイト膜、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブなどが持つ電子放出現象を利用するもの、等が知られている。
【０００５】
自発光平面型表示装置の一例である電界放出型の表示装置は、内面に電界放出型の電子源と制御電極であるゲート電極を形成した背面パネルと、この背面パネルと対向する内面に複数色の蛍光体層とアノード電極（陽極）とを備えた前面パネルの両者の内周縁に封止枠を介挿して封止し、当該背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部を真空にして構成される。背面パネルは、ガラスあるいはアルミナ等を好適とする背面基板の上に、第１の方向に延在しこの第１の方向と交差する第２の方向に延在し第１の方向に並設されて電子源をもつ複数の陰極配線と、第２の方向に延在し第１の方向に並設して設けたゲート電極を有する。そして、カソード電極とゲート電極との間の電位差で電子源からの電子の放出量（放出のオン・オフを含む）を制御する。
【０００６】
また、前面パネルはガラス等の光透過性の材料で形成された前面基板の上に蛍光体層とアノード電極を有する。封止枠は背面パネルと前面パネルとの内周縁にフリットガラスなどの接着材で固着される。背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部の真空度は、例えば１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒである。表示面サイズが大きいものでは、背面パネルと前面パネルの間に間隙保持部材（スペーサ）を介挿して固定し、両基板間の間を所定の間隔に保持している。
【０００７】
なお、ナノチューブとしての典型例であるカーボンナノチューブを電子源とした自発光型平面表示装置に関する従来技術を開示したものとして、「特許文献１」、「特許文献２」が、また、フォトリソグラフィープロセスを用いた自発光型平面表示装置については「非特許文献１」等、数多く報告されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−４３７９１号公報
【特許文献２】
特表２００２−５０８１１０号公報
【非特許文献１】
Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ ２００２ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．２２９−２３１（ｐａｐｅｒ １２−４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブ等の電子源やゲート電極などの電子放出・制御構造を同一基板である背面基板上に形成する手法としては、一般的にフォトリソグラフィープロセスが用いられている。しかしながら、この手法では大規模かつ高価な露光装置を必要とするため、製造コストが高くなる。
【００１０】
本発明の目的は、比較的安価な製造技術を用いて、カーボンナノチューブ等を電子源とした電子放出・制御構造を有する自発光型平面表示装置を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、電子放出・制御構造の全部または主要部をスクリーン印刷等の印刷法により形成することで低コストの自発光型平面型装置を得ることにある。すなわち、本発明では、背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設され、多数の電子源を有する複数のカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し第１の方向に並設されて前記電子源からの電子の取り出しを制御する複数のゲート電極を備えた背面パネルと、前記背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置において、
前記背面パネルに有するカソード電極と、このカソード電極上に形成される前記電子源の位置に開口を有して前記カソード電極上に形成した前記絶縁層と、前記絶縁層の開口に対応する部分に前記電子の取り出しを制御する制御開口を有して前記絶縁層上に形成した前記ゲート電極とを印刷により形成する。
【００１２】
また、本発明は、前記ゲート電極に有する前記制御開口の内縁が前記絶縁層の前記開口の内縁より後退した位置とすることができる。前記電子源は前記ゲート電極の前記制御開口と前記絶縁層に有する前記開口を通してナノチューブを含むインクをインクジェット法、あるいは前記ゲート電極の前記制御開口と前記絶縁層に有する前記開口を通して気相成長法で形成されたナノチューブとすることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数のゲート電極と、前記ゲート電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し前記第１の方向に並設されて多数の電子源を有する複数のカソード電極とを備えた背面パネルと、前記背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置において、
前記ゲート電極を前記背面基板上に形成された下ゲート電極と上ゲート電極で構成し、前記絶縁層を前記下ゲート電極と前記上ゲート電極を電気的に接続する開口を有して前記下ゲート電極上に形成し、
前記上ゲート電極を前記絶縁層上で前記第１の方向および前記第２の方向に不連続に整列する如く形成すると共に、該不連続に形成された各々は前記絶縁層の前記開口で前記下ゲート電極に接続し、前記カソード電極を前記絶縁層上で前記開口の間を通って前記第２の方向に形成し、前記カソード電極上の前記第１の方向に配置された前記上ゲート電極の間に前記電子源を設け、前記下ゲート電極、前記絶縁層、前記上ゲート電極及び前記カソード電極を印刷法により形成することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記上ゲート電極と前記カソード電極を前記背面基板面と平行な同一平面上に形成することができ、前記電子源をナノチューブを含むインクの印刷で、あるいは気相成長法で形成されたナノチューブ、もしくはナノチューブを含むインクをインクジェット法で形成することができる。
【００１５】
なお、本発明は上記の構成および後述する実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め上方から見た模式図である。また、図２は図１の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め下方から見た模式図である。図１および図２において、自発光型平面表示装置は、ガラスを好適とする背面パネル１および前面パネル２を封止枠３で封止して一体化して構成される。背面パネル１は、背面基板１０１の内面に電子放出・制御構造として第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設された多数のカソード電極２０２と、第２の方向に延在し第１の方向に平成された多数のゲート電極２０１を有する。カソード電極２０２には映像信号（図中、カソード信号と表記）が印加され、ゲート電極２０１には選択信号（図中、ゲート信号と表記）が印加される。
【００１７】
前面パネル２を構成する前面基板１０３の内面には、複数の（ここでは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色）蛍光体が第１の方向にストライブ状に塗布され、その上に透明導電膜としてアルミニウムを数十乃至数百ｎｍ厚に蒸着したアノード電極１０４を前面に形成してある。このアノード電極１０４には加速電圧が印加される。蛍光体は図示したようなストライブ状に限らず、各色毎にドット状としてもよい。なお、封止枠３は背面パネル１と前面パネル２の貼り合わせ内部を真空状態に保つ機能と共に対向面の間隙を所定値に維持する機能を有する。また、画面サイズが大きい場合には、封止枠３で両パネル間にスペーサを介在して対向面の間隙を所定値に保持することが行われる。これら封止枠３やスペーサもガラスとするのが好適である。
【００１８】
図３は本発明の自発光型平面表示装置を構成する背面パネルの構成例の模式的な説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部である一画素の構成を示す。背面基板１０１の表示領域１０２には、前記したカソード電極２０２とゲート電極２０１がマトリクス状に配置されている。カソード電極２０２とゲート電極２０１は図示しない絶縁層で電気的に絶縁されており、図３（ｂ）に示したように各交差部に電子源（ここでは、カーボンナノチューブ）２０３を有している。この電子源２０３はカソード電極２０２上に形成され、ゲート電極２０１に設けた制御開口（後述）から露呈している。
【００１９】
図４は本発明の自発光型平面表示装置を構成する前面パネルの構成例の模式的な説明図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部である蛍光体配列例を示す。なお、この蛍光体の上面には前記したアノード電極が形成されているが、図示は省略した。前面パネル２は映像観察面であり、前面基板１０３はガラスを好適とする。前面基板１０３の内面には、ストライプ状に繰り返し配列した３色の蛍光体３０１、３０２、３０３を有し、各蛍光体３０１、３０２、３０３の境界には遮光層すなわちブラックマトリクス３０４が配置されている。各蛍光体３０１、３０２、３０３は前記した電子源のそれぞれと対向して配置される。これら蛍光体３０１、３０２、３０３とブラックマトリクス３０４からなる蛍光体層は次のようにして形成される。
【００２０】
先ず、前面基板１０３上に公知のリフトオフ法でブラックマトリクス３０４を形成する。次に、同じく公知のスラリー法を用い各蛍光体がブラックマトリクス３０４で区画されるように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体を順に形成する。その上を覆って前記したアノード電極を形成する。
【００２１】
こうして製作した前面パネル２を前記の背面パネル１に対して電子源と蛍光体の位置決めを行い、封止枠３を介して重ね合わせ、フリットガラスで接着する。フリットガラスは前面パネル２、背面パネル１、封止枠の各対向面の何れかあるいは双方に塗布し、４５０°Ｃで加熱し、その後の温度低下で硬化させる。両パネルと封止枠で構成される内部空間は図示しない排気管から真空に引きした後、排気管を封じ切る。排気管は背面基板１０１の一部あるいは封止枠の一部に設けるのが好ましい。そして、カソード電極に映像信号を、ゲート電極に走査信号を、アノード電極に陽極電圧（アノード電圧：高電圧）を与えることで所望の映像（画像）を表示させることができる。
【００２２】
図５乃至図８は本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の製造工程とその構造の説明図である。ここで説明する本発明の自発光型平面表示装置の第１実施例はゲート電極をカソード電極よりもアノード電極側に位置させた形式である。なお、以下では表示領域における４×４画素（４個のサブピクセル、サブピクセルは単位カラー画素を意味する）について説明する。先ず、図５に示したように、背面基板１０１の上にスクリーン印刷法でカソード電極２０２をストライプ状に印刷する。ここでは、ストライプの幅Ｗ１は１００μｍ、間隔Ｄ１は１００μｍとし、例えば１２８０×３本形成する。印刷後に焼成を行う。カソード電極２０２は銀ペーストを用い、焼成後の膜厚は５μｍである。
【００２３】
次に、図６に示すように、カソード電極２０２を覆って絶縁層４０１をスクリーン印刷する。この絶縁層４０１には、その下のカソード電極２０２が各サブピクセル毎に露呈する開口（絶縁層開口）４０２を有するように印刷し、焼成する。絶縁層４０１の膜厚は焼成後に１０μｍとなるようにする。
【００２４】
図７において、ゲート電極２０１をカソード電極２０２と交差する方向にストライプ状にスクリーン印刷し、焼成する。このゲート電極２０１には絶縁層開口４０２と同じ位置に制御開口４０３が開くように形成される。また、この制御開口４０３の内縁を絶縁層４０１の絶縁層開口の内縁よりも後退させて開口面積を大きく形成し、ゲート電極２０１の形成工程で、当該ゲート電極用の銀ペーストが絶縁層開口に垂れないようにする。ゲート電極２０１の幅Ｗ２は７００μｍ、間隔Ｄ２は１００μｍである。また、その膜厚は焼成後に５μｍとなるようにする。ここでは、ゲート電極２０１を７２０本形成する。
【００２５】
次に、図８に示すように、ゲート電極２０１の制御開口にインクジェット法でカーボンナノチューブを含んだインク２０３を塗布する。このインクはカーボンナノチューブと有機溶剤を含み、比較的低温での焼成により有機溶剤を消散させる。また、このカーボンナノチューブとカソード電極との電気的接続性を良好にするため、適宜の金属粒子を含有させてもよい。
【００２６】
以上のように、スクリーン印刷法とインクジェット法を用いることで電子源を有するカソード電極とこの電子源からの電子の取り出しを制御するゲート電極からなる電子放出・制御構造を背面基板１０１に形成することができる。また、上記実施例では、各層の印刷毎に焼成を行うが、カーボンナノチューブ以外の構成層を形成後焼成し、カーボンナノチューブを塗布後に比較的低温で再度焼成することも可能である。また、ここでは、カソード電極およびゲート電極を銀ペーストを用いて形成したが、これに限らず、必要な電気伝導性を有する金属、合金、あるいは多層膜であれば採用可能である。
【００２７】
この実施例では、カーボンナノチューブの電子源をインクジェット法で塗布したが、これに代えて、炭化水素ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等の気相成長法で電子源を形成することもできる。さらに、カーボンナノチューブとしては、シングルウオールでもマルチウオール、また両者の混合物を用いることもでき、さらに、カーボン以外の材料でできたナノチューブを用いることもできる。
【００２８】
本実施例で製作した背面パネルを前記した前面パネルと組み合わせて、良好な映像表示を可能とした自発光型平面表示装置を得ることができる。
【００２９】
図９乃至図１２は本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の製造工程とその構造の説明図である。ここで説明する本発明の自発光型平面表示装置の第２実施例はゲート電極とカソード電極を背面基板と平行な同一面上に設置した形式である。先ず、図９に示したように、ガラスを好適とする背面基板１０１に下ゲート電極５０１をスクリーン印刷で形成し、焼成する。下ゲート電極５０１の幅Ｗ３は７００μｍ、間隔Ｄ３は１００μｍである。下ゲート電極５０１の塗布材料は銀ペーストで、膜厚は焼成後に５μｍとなるようにする。ここでの下ゲート電極５０１の本数は７２０本である。
【００３０】
次に、図１０に示したように、下ゲート電極５０１を覆って絶縁層５０２をスクリーン印刷で塗布し、焼成する。絶縁層５０２には下ゲート電極５０１のサブピクセル部分と隣接する部分に絶縁層開口５０３を設けて下ゲート電極５０１を露呈させる。絶縁層５０２の膜厚は、焼成後に１０μｍとなるようにする。
【００３１】
図１１では、上ゲート電極５０４とカソード電極５０５をスクリーン印刷により同時に形成し、焼成する。上ゲート電極５０４は絶縁層５０２に有する絶縁層開口を含んで、それよりも大きい面積に塗布する。上ゲート電極５０４はこの絶縁層開口で下ゲート電極５０１と電気的に接続される。上ゲート電極５０４とカソード電極５０５は共に銀ペーストであり、上ゲート電極の膜厚は焼成後に５μｍになるようにする。カソード電極５０５の幅Ｗ４は１００μｍ、間隔Ｄ４は１００μｍ、膜厚は焼成後に５μｍになるようにする。このようなカソード電極５０５をここでは１２８０×３本形成する。
【００３２】
次に、図１２に示したように、カソード電極５０５上にスクリーン印刷法でカーボンナノチューブを含んだペーストを塗布し、焼成して電子源５０６を形成する。カーボンナノチューブの幅Ｗ５はカソード電極５０５の幅より狭く、また長さＬ１は隣接する上ゲート電極５０４の長さよりも短い。
【００３３】
本実施例で製作した背面パネルを前記した前面パネルと組み合わせて、良好な映像表示を可能とした自発光型平面表示装置を得ることができる。なお、この上記の製作プロセスにおいて、塗布後の焼成は各層の塗布後毎に行うが、カーボンナノチューブ以外の構成層を形成後に焼成を行い、カーボンナノチューブの塗布後に比較的低温で再度焼成することも可能である。また、本実施例では、カーボンナノチューブをスクリーン印刷で塗布したが、これに代えて、炭化水素ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等の気相成長法で電子源を形成することもできる。さらに、カーボンナノチューブとしては、シングルウオールでもマルチウオール、また両者の混合物を用いることもでき、さらに、カーボン以外の材料でできたナノチューブを用いることもできる。
【００３４】
図１３は本発明による自発光型平面表示装置の第３実施例の製造工程とその構造の説明図である。ここで説明する本発明の自発光型平面表示装置の第３実施例の製造プロセスは前記第２実施例の説明における図９乃至図１１までは同じである。本実施例では、前記図１１で説明したプロセスで得たカソード電極５０５の上に、カーボンナノチューブを含むインクをインクジェット法で塗布して電子源６０６とする。カーボンナノチューブ６０６の幅Ｗ６はカソード電極５０５の幅より狭く、また長さＬ２は隣接する上ゲート電極５０４の長さよりも短い。
【００３５】
インクジェット法で塗布するインクにはカーボンナノチューブと有機溶剤を含み、比較的低温での焼成により有機溶剤を消散させる。また、このカーボンナノチューブとカソード電極との電気的接続性を良好にするため、適宜の金属粒子を含有させてもよい。
【００３６】
本実施例で製作した背面パネルを前記した前面パネルと組み合わせて、良好な映像表示を可能とした自発光型平面表示装置を得ることができる。なお、この上記の製作プロセスにおいて、塗布後の焼成は各層の塗布後毎に行うが、カーボンナノチューブ以外の構成層を形成後に焼成を行い、カーボンナノチューブの塗布後に比較的低温で再度焼成することも可能である。また、本実施例では、カーボンナノチューブをスクリーン印刷で塗布したが、これに代えて、炭化水素ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法、あるいは熱ＣＶＤ法等の気相成長法で電子源を形成することもできる。さらに、カーボンナノチューブとしては、シングルウオールでもマルチウオール、また両者の混合物を用いることもでき、さらに、カーボン以外の材料でできたナノチューブを用いることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子放出・制御構造の主要部を印刷法で背面基板上に形成するため、従来技術のフォトリソグラフィー法のような大規模かつ高価な露光装置が不要となり、低コストで自発光型平面表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め上方から見た模式図である。
【図２】図１の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め下方から見た模式図である。
【図３】本発明の自発光型平面表示装置を構成する背面パネルの構成例の模式的な説明図である。
【図４】本発明の自発光型平面表示装置を構成する前面パネルの構成例の模式的な説明図である。
【図５】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の製造工程とその構造の説明図である。
【図６】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の図５に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図７】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の図６に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図８】本発明による自発光型平面表示装置の第１実施例の図７に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図９】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の製造工程とその構造の説明図である。
【図１０】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の図９に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図１１】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の図１０に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図１２】本発明による自発光型平面表示装置の第２実施例の図１１に続く製造工程とその構造の説明図である。
【図１３】本発明による自発光型平面表示装置の第３実施例の製造工程とその構造の説明図である。
【符号の説明】
１・・・背面パネル、２・・・前面パネル、３・・・封止枠、１０１・・・背面基板、１０２・・・表示領域、１０３・・・前面基板、１０４・・・アノード電極、、２０１・・・ゲート電極２０２・・・カソード電極、２０３・・・電子源、３０１，３０２，３０３・・・３色の蛍光体、３０４・・・ブラックマトリクス、４０１・・・絶縁層、４０２・・・開口（絶縁層開口）、５０１・・・下ゲート電極、５０２・・・絶縁層、５０３・・・絶縁層開口、５０４・・・上ゲート電極、５０５・・・カソード電極、５０６・・・電子源。
Claims (10)
- 背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設され、多数の電子源を有する複数のカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し第１の方向に並設されて前記電子源からの電子の取り出しを制御する複数のゲート電極を備えた背面パネルと、
前記背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備し、
前記絶縁層は前記カソード電極上に形成される前記電子源の位置に開口を有して前記カソード電極上に形成されており、
前記ゲート電極は前記絶縁層の開口に対応する部分に前記電子の取り出しを制御する制御開口を有して前記絶縁層上に形成されており、
前記カソード電極、前記絶縁層、及び前記ゲート電極が印刷により形成されていることを特徴とする自発光型平面表示装置。 - 前記ゲート電極に有する前記制御開口の内縁が前記絶縁層の前記開口の内縁より後退した位置にあることを特徴とする請求項１に記載の自発光型平面表示装置。
- 前記電子源は、前記ゲート電極の前記制御開口と前記絶縁層に有する前記開口を通してナノチューブを含むインクをインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の自発光型平面表示装置。
- 前記電子源は、前記ゲート電極の前記制御開口と前記絶縁層に有する前記開口を通して気相成長法で形成されたナノチューブを有することを特徴とする請求項２に記載の自発光型平面表示装置。
- 背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数のゲート電極と、前記ゲート電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し前記第１の方向に並設されて多数の電子源を有する複数のカソード電極とを備えた背面パネルと、
前記背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備し、
前記ゲート電極は前記背面基板上に形成された下ゲート電極と上ゲート電極からなり、
前記絶縁層は前記下ゲート電極と前記上ゲート電極を電気的に接続する開口を有して前記下ゲート電極上に形成され、
前記上ゲート電極は前記絶縁層上で前記第１の方向および前記第２の方向に不連続に整列する如く形成されていると共に、該不連続に形成された各々は前記絶縁層の前記開口で前記下ゲート電極に接続され、
前記カソード電極は前記絶縁層上で前記開口の間を通って前記第２の方向に形成され、
前記第１の方向から見た前記上ゲート電極の間の前記カソード電極上に前記電子源を有し、
前記下ゲート電極、前記絶縁層、前記上ゲート電極及び前記カソード電極が印刷法により形成されていることを特徴とする自発光型平面表示装置。 - 前記上ゲート電極と前記カソード電極が前記背面基板面と平行な同一平面上に有することを特徴とする請求項５に記載の自発光型平面表示装置。
- 前記電子源は、ナノチューブを含むインクの印刷で形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の自発光型平面表示装置。
- 前記電子源は、気相成長法で形成されたナノチューブを有することを特徴とする請求項５又は６に記載の自発光型平面表示装置。
- 前記電子源は、ナノチューブを含むインクをインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の自発光型平面表示装置。
- 前記ナノチューブはカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の自発光型平面表示装置。
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Also Published As
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