JP2005123133A

JP2005123133A - ゲート電極構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2005123133A
Application number: JP2003359476A
Authority: JP
Inventors: Junko Yotani; 純子余谷; Sashiro Kamimura; 佐四郎上村
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12
Also published as: CN1301532C; CN1610050A; US20050083267A1

Abstract

【課題】電子通過孔の側面が平坦なゲート電極構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板１２１上に電界制御電極１２２、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を形成した後に、電子通過孔１２５を形成する。このため、従来のように電子通過孔１２５の側面にダレやにじみ等が発生せず、電子通過孔１２５の側面が平坦に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電界放出型の電子放出を制御する平面ディスプレイの製造方法に関し、特に平面ディスプレイのゲート電極構造体の製造方法に関するものである。

近年、ＦＥＤ(Field Emission Display:FED)や平型蛍光表示管のような、陰極となる電子放出源から放出された電子を対向電極に形成された蛍光体からなる発光部に衝突させて発光させるフラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display)において、電子放出源にカーボンナノチューブやカーボンナノファイバーなどのナノチューブ状繊維を用いたものが各種提案されている。このようなナノチューブ繊維を電子放出源とする平面ディスプレイの１つとして、ナノチューブ状繊維が形成された陰極上に電子通過孔を有する絶縁基板を配置し、この陰極の電子放出を制御するゲート電極を絶縁基板上に配置したものが提案されている。

図３は、この種の平面ディスプレイの一例を示す部分分解図である。この平面ディスプレイは、ガラス等からなる基板１０１と、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０３とを有し、その基板１０１とフロントガラス１０３は、枠状のスペーサガラス（図示せず）を介して対向配置され、低融点のフリットガラスでそれぞれスペーサガラスに接着されて外囲器を構成しており、外囲器内は１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。この外囲器内部には、基板１０１およびフロントガラス１０３それぞれ対して所定間隔離間して略平行に配設されたゲート電極構造体１２０を備える。

基板１０１の一方の面には、複数の基板リブ１０２が互いに平行に所定間隔で垂設されており、その基板１０１上の基板リブ１０２に挟まれた領域には、表面に電子放出源としてナノチューブ状繊維が固着した陰極１１０が基板リブ１０２と同じ高さで帯状に配置されている。

フロントガラス１０３には、基板１０１に対向する側の面に、基板リブ１０２および陰極１１０と直交する方向に所定間隔で複数の前面リブ１０４が垂設されている。フロントガラス１０３前面のリブ１０４に挟まれた領域には蛍光体膜１０５Ｂ、１０５Ｇ、１０５Ｒが帯状に配置されており、これらの蛍光体膜の基板１０１に対向する面には陽極となるメタルバック膜１０６が形成されている。

ゲート電極構造体１２０は、基板１０１上の基板リブ１０２とフロントガラス１０３の前面リブ１０４とに挟まれた状態で、外囲器内部に配設される。このようなゲート電極構造体１２０は、ガラス層１２１と、ガラス層１２１のフロントガラス１０３側の面に配設された電界制御電極１２２と、ガラス層１２１の基板１０１側の面に蛍光体膜１０５Ｂ、１０５Ｇ、１０５Ｒと１対１に対応して形成された帯状のゲート電極１２３と、このゲート電極１２３を覆うようにガラス層１２１の基板１０１側の面に形成された絶縁層１２４とから構成される。ゲート電極構造体１２０のゲート電極１２３と陰極１１０とが交差する領域には、電界制御電極１２２、ガラス層１２１、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を連通する電子通過孔１２５が形成されている。

この平面ディスプレイは、ゲート電極構造体１２０と陰極１１０との間にゲート電極構造体１２０側が正の電位となるように所定の電位差を設けることにより、陰極１１０のゲート電極１２３と交差した領域から引き出された電子が、電子通過孔１２５から放出される。このため、メタルバック膜１０６に正電位（加速電圧）が印加されていると、電子通過孔１２５から放出された電子がメタルバック膜１０６に向かって加速され、さらにメタルバック膜１０６を貫通して蛍光体膜１０５Ｂ、１０５Ｇ、１０５Ｒに衝突して発光させる。

このような平面ディスプレイにおいて、従来のゲート電極構造体は、次のように製造されている。例えば、剥離層が印刷されたガラス基板を作業台とし、この上に絶縁層１２４’、ゲート電極１２３’、ガラス層１２１’および電界制御電極１２２’を、電子通過孔１２５’に対応する部分にその電子通過孔１２５’の形状のパターンが形成されたスクリーンを用いて重ねて印刷し、焼成する。すると、図４に示すような断面構造を有するゲート電極構造体１２０’が製造される。図４は、従来のゲート電極構造体の断面図である。
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特願２００１−１４６０５０

しかしながら、上述したような従来の電極構造体１２０’の製造方法では、各層を印刷する際に、電子通過孔１２５’を構成する開口部も同時に形成されるようにしていたので、図４に示すように、電子通過孔１２５’の周面、すなわち電子通過孔１２５’を構成する電極構造体１２０’の各層の表面に印刷ぺーストのダレやにじみ等が発生していた。このダレやにじみは、電子通過孔１２５’の周面に凹凸を形成するため、陰極１１０とゲート電極構造体１２０’との間の電界強度に影響を及ぼす。特に、ゲート電極１２３’の開口部は、ダレやにじみにより隣接するガラス層１２１’および絶縁層１２４’の開口部よりも内径が小さくなると、陰極１１０との距離が遠くなるため陰極１１０近傍の電界強度を高くすることができず、陰極１１０から電子を効果的に引き出すことができなくなり、結果として平面ディスプレイの輝度の均一性が低下し、相当の輝度を得るために駆動電圧を大きくしなければならなくなってしまう。
そこで、本願発明は上述したような課題を解決するためになされたものであり、電子通過孔の側面が平坦で、かつゲート電極構造体のどこでも均一に加工できるゲート電極構造体の製造方法を提供するものである。

上述したような課題を解決するために本発明のゲート電極構造体の製造方法は、電界放出型電子源が形成された陰極の上に配置され陰極の電子放出を制御するゲート電極構造体の製造方法であって、絶縁基板の一面に電界制御電極を形成するステップと、絶縁基板の他面にゲート電極を形成するステップと、ゲート電極を含む絶縁基板の他面上に絶縁層を形成するステップと、陰極直上の領域に、電界制御基板、絶縁基板、ゲート電極および絶縁層を貫通する電子通過孔を形成するステップとを有することを特徴とするゲート電極構造体の製造方法。

上記ゲート電極構造体の製造方法において、電子通過孔は、サンドブラスト法、エッチング法またはレーザ照射法の何れかの方法により形成されるようにしてもよい。
また、上記ゲート電極構造体の製造方法において、電子通過孔は、電界制御電極側から絶縁層側にかけて内径が徐々に拡がった略円錐台形状を有するようにしてもよい。このとき、電子通過孔の側面は、平坦に形成されるようにしてもよい。
また、上記ゲート電極構造体の製造方法において、絶縁層は、二次電子放出比の低い物質を混入したガラスセラミクス質材料から構成されるようにしてもよい。

本発明によれば、ガラス基板上に電界制御電極、ゲート電極および絶縁層を形成した後に、電子通過孔を形成するため、従来のように電子通過孔の側面にダレやにじみ等が発生せず、電子通過孔の側面が平坦に形成される。これにより、陰極とゲート電極との距離を従来より均一にかつ、近くすることができるので、陰極に付着したカーボンナノチューブ等の電子放出源に効果的に電界を印加することができ、陰極から電子を効果的に引き出すことが可能となるため、結果として平面ディスプレイの輝度の均一性が向上し、かつ、駆動電圧を低下を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は、背景技術の欄で図３を参照して説明した平面ディスプレイにおけるゲート電極構造体の製造方法にかかるものである。したがって、背景技術において説明したものと同等の構成要素には、同じ名称および符号を付し、適宜その説明を省略する。

まず、図１、３を参照して、本実施の形態にかかるゲート電極構造体の製造方法により製造されるゲート電極構造体の構造について説明する。図１は、本実施の形態にかかる平面ディスプレイのゲート電極構造体の製造工程を示す図である。

図１（ｄ）および図３に示すように、ゲート電極構造体１２０は、ガラス基板１２１と、このガラス基板１２１のフロントガラス１０３に対向する面に配設された電界制御電極１２２と、ガラス基板１２１の基板１０１に対向する面に、フロントガラス１０３上の蛍光体膜１０５Ｂ、１０５Ｇ、１０５Ｒと１対１に対応して帯状に形成されたゲート電極１２３と、このゲート電極１２３を覆うようにガラス基板１２１の基板１０１側の面に形成された絶縁層１２４とから構成され、ゲート電極構造体１２０の帯状ゲート電極１２３と陰極１１０とが交差する領域には電界制御電極１２２、ガラス基板１２１、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を連通する電子通過孔１２５が形成されている。

ガラス基板１２１は、加熱処理の際に殆ど変形や変質が生じない材料であればよく、例えば、厚さ１５０〜５００μｍ程度のソーダライムガラスや、ホウケイ酸系無アルカリガラスなどからなるガラス基板を用いる。

電界制御電極１２２は、フロントガラス１０３に対向する側のガラス基板１２１上全面に形成される。この電界制御電極１２２を設けたことにより、ゲート電極１２３および電子放出源としてナノチューブ状繊維が固着した陰極１１０を電気的にシールドできる。したがって、電界制御電極１２２を設けた領域では、陰極１１０とアノード電極として作用するメタルバック膜１０６間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源への電界集中による損傷を防止できる。

ゲート電極１２３は、基板１０１に対向する側のガラス基板１２１上において、陰極１１０と直交する方向に、帯状に、平面ディスプレイの画素の列の数だけ互いに略平行に配置される。配置されたゲート電極１２３間には、適宜スペースを設けるようにしてもよい。

絶縁層１２４は、例えばガラス質や酸化クロム等の二次電子放出比の低い物質を混入したガラスセラミクス質などから構成され、ゲート電極１２３を覆うようにガラス基板１２１上に、例えば厚さが数十μｍ〜数百μｍとなるように配設される。この絶縁層１２４は、その厚さによって、蛍光体膜１０５Ｂ、１０５Ｇ、１０５Ｒへ衝突する電子の衝突領域が変化する。例えば、陽極とゲート電極１２３との間隔が一定であるならば、絶縁層１２４の膜厚が厚くなるほど、ゲート電極構造体１２０を通過する電子が収束し、その衝突領域が狭くなる。

電子通過孔１２５は、ゲート電極１２３と陰極１１０とが交差する領域に形成されている。陰極１１０の電子放出源から放出された電子は、この電子通過孔１２５を通過し、メタルバック膜１０６に向かって加速される。

次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるゲート電極構造体１２０の製造方法について説明する。
まず、２００μｍ程度の厚さを有する平坦なガラス基板１２１を用意する。次に、図１（ａ）に示すように、このガラス基板１２１上に、例えば数十μｍ程度の厚さとなるように銀またはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストからなる電界制御電極１２２を、ガラス基板１２１上全面に、スクリーン印刷により形成し、乾燥させた後、焼成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス基板１２１の電界制御電極１２２を形成した面の反対側の面上に、例えば銀またはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストからなり、短辺方向の長さが０．６mm程度の帯状のゲート電極１２３を、上述した陰極１１０と直交する方向に、平面ディスプレイの列の数だけ互いに略平行に、スクリーン印刷により形成し、乾燥させる。

次に、図１（ｃ）に示すように、ゲート電極１２３を形成したガラス基板１２１の上に、厚さが例えば２０μｍとなるよう絶縁層１２４を形成し、乾燥させた後、焼成する。

次に、ゲート電極構造体１２０に電子通過孔１２５を形成する。例えば、サンドブラスト法で電子通過孔１２５を形成する場合、絶縁層１２４上にレジスト材料を塗布し、このレジスト材料にパターニングを施し、電子通過孔１２５に対応する箇所に穴が形成されたレジストマスクを生成後、このレジストマスク側からゲート電極構造体１２０に向けて直径３〜３０μｍ程度のアルミナ粒子を５０〜１００m/secでシャワー状に吹き付ける。すると、アルミナ粒子は、レジストマスクに形成された穴から露出したゲート電極構造体１２０の各構成要素を切削し、最終的に図１（ｄ）に示すような電子通過孔１２５を形成する。この電子通過孔１２５は、直径０．０５〜０．５mm程度が望ましい。

このような方法で形成されたゲート電極構造体１２０の断面図を図２に示す。図２は、本実施の形態にかかるゲート電極構造体１２０の断面図である。
本実施の形態によれば、ガラス基板１２１上に電界制御電極１２２、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を形成した後に、電界制御電極１２２、ガラス基板１２１、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を連通する電子通過孔１２５を形成するため、従来のように電子通過孔１２５の側面にダレやにじみ等が発生せず、よく図２に示されるように電子通過孔１２５の側面が平坦に形成される。これにより、陰極１１０とゲート電極１２３との距離を従来より均一かつ近くすることができるので、陰極１１０に付着したカーボンナノチューブ等の電子放出源に効果的に電界を印加することができ、陰極１１０から電子を効果的に引き出すことが可能となるため、結果として平面ディスプレイの輝度の均一性が向上し、かつ、駆動電圧の低下を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、サンドブラスト法により絶縁層１２４側から電子通過孔１２５を形成するため、電子通過孔１２５の形状は、電界制御電極１２２側から絶縁層１２４側に向けて内径が徐々に拡がった略円錐台状に形成される。この形状により、電界制御電極の下に形成されている電極や絶縁物表面へのシールド効果および電界印加効果が高まり、ゲート電極構造体１２０は、陰極１１０に対して効果的に電界を印加することができる。

なお、電子通過孔１２５を形成する方法は上述したサンドブラスト法に限定されず、例えばエッチング法やレーザ照射法によっても形成することが可能である。それぞれの方法について、以下に説明する。

エッチング法で電子通過孔１２５を形成する場合、図１（ｃ）に示すゲート電極構造体１２０の絶縁層１２４上にレジスト材料を塗布し、このレジスト材料にパターニングを施し、電子通過孔１２５に対応する箇所に穴が形成されたレジストマスクを生成後、フッ酸とフッ化アンモニウムを適宜混合したエッチング液に浸漬させる。すると、ゲート電極構造体１２０には、図１（ｄ）に示すような電子通過孔１２５が形成される。
なお、レジスト材料は、ゲート電極構造体１２０の両面、すなわち絶縁層１２４側と電界制御電極１２２側の両方に塗布するようにしてもよい。

レーザ照射法で電子通過孔１２５を形成する場合、適宜出力を調整したＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザまたはエキシマレーザ（ＫｒＦ等）を、図１（ｃ）に示すゲート電極構造体１２０の絶縁層１２４側から照射する。すると、ゲート電極構造体１２０には、図１（ｄ）に示すような電子通過孔１２５が形成される。

上述したエッチング法やレーザ照射法によって電子貫通孔１２５を形成した場合も、サンドブラスト法で形成した場合と同等の作用効果が得られる。

本実施の形態にかかる平面ディスプレイのゲート電極構造体の製造工程を示す図である。本実施の形態にかかるゲート電極構造体の断面図である。平面ディスプレイの一例を示す部分分解図である。従来のゲート電極構造体の断面図である。

符号の説明

１…平面ディスプレイ、１０１…基板、１０２…基板リブ、１０３…フロントガラス、１０４…前面リブ、１０５Ｂ，１０５Ｇ，１０５Ｒ…蛍光体膜、１０６…メタルバック膜、１２０…ゲート電極構造体、１２１…ガラス基板、１２２…電界制御電極、１２３…ゲート電極、１２４…絶縁層、１２５…電子通過孔。

Claims

電界放出型電子源が形成された陰極の上に配置され前記陰極の電子放出を制御するゲート電極構造体の製造方法であって、
絶縁基板の一面に電界制御電極を形成するステップと、
前記絶縁基板の他面にゲート電極を形成するステップと、
前記ゲート電極を含む前記絶縁基板の他面上に絶縁層を形成するステップと、
前記陰極直上の領域に、前記電界制御基板、前記絶縁基板、前記ゲート電極および前記絶縁層を貫通する電子通過孔を形成するステップと
を有することを特徴とするゲート電極構造体の製造方法。
前記電子通過孔は、サンドブラスト法、エッチング法またはレーザ照射法の何れかの方法により形成されることを特徴とする請求項１記載のゲート電極構造体の製造方法。
前記電子通過孔は、前記電界制御電極側から前記絶縁層側にかけて内径が徐々に拡がった略円錐台形状を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載のゲート電極構造体の製造方法。
前記電子通過孔の側面は、平坦に形成される
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のゲート電極構造体の製造方法。
前記絶縁層は、二次電子放出比の低い物質を混入したガラスセラミクス質材料から構成される
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のゲート電極構造体の製造方法。