JP2006049034A - 画像表示装置の製造方法および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メタルバック膜間の面放電を抑制しつつ、生産性が高く、低コストかつ高品質である画像表示装置の製造方法及びそれにより製造された画像表示装置を提供する。
【解決手段】 多数の電子放出素子が配列された背面基板２と対向配置される前面基板上に遮光層２２ｂをパターン形成する工程と、前記遮光層が存在しない部分に、複数の蛍光体層６ａを互いに間隔をあけて不連続にパターン形成する工程と、前記蛍光体層の上面にアノード電極機能を有するメタルバック層７を成膜する工程とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像表示装置の製造方法および画像表示装置に係り、とくに電子放出素子を用いた平面型画像表示装置の製造方法に関する。

近時、次世代の画像表示装置として、多数の電子放出素子を並べて、蛍光面と対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進められている。電子放出素子には様々な種類があるが、いずれも基本的には電界放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、一般に、フィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれている。ＦＥＤのうち表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）とも呼ばれているが、本明細書中においてはＳＥＤも包含する総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤにおいて、実用的な表示特性を得るためには、通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、さらに蛍光体の上に「メタルバック」と呼ばれるアルミニウム薄膜を形成した蛍光面を用いることが必要となる。この場合、蛍光面に印加するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ以上にすることが望まれる。

しかし、ＦＥＤの前面基板と背面基板との間隙は、解像度や支持部材の特性などの観点からあまり大きくすることができず、１〜２ｍｍ程度に設定する必要がある。このため、ＦＥＤでは、前面基板と背面基板との狭い間隙に強電界が形成され、長時間にわたって画像形成させると両基板間において放電（メタルバック膜間の面放電；真空アーク放電）が生じ易くなる。放電が発生すると、数アンペアから数百アンペアに及ぶ大きな放電電流が瞬時に流れるため、カソード部の電子放出素子やアノード部の蛍光面が破壊され、あるいは損傷を受けるおそれがある。このような不良発生につながる放電は製品としては許容されない。したがって、ＦＥＤを実用化するためには、長期間にわたり放電によるダメージが発生しないようにする必要がある。

特許文献１は、放電が発生したときのダメージを緩和するために、アノード電極として用いているメタルバック層を分割し、抵抗部材を介して蛍光面外に設けられた共通電極と接続する技術を開示している。
特開平１０−３２６５８３号公報

しかし、上記の従来技術においては、成膜したメタルバック膜を分割するための分断工程が必要になるので、生産性が低く、コスト高になりやすいという問題点があった。また、メタルバック膜分断工程において、その下地層である蛍光体層が損傷するおそれがあった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、メタルバック膜間の面放電を抑制しつつ、生産性が高く、低コストかつ高品質である画像表示装置の製造方法及びそれにより製造された画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像表示装置の製造方法は、多数の電子放出素子が配列された背面基板と対向配置される前面基板上に遮光層をパターン形成する工程と、前記遮光層が存在しない部分に、複数の蛍光体層を互いに間隔をあけて不連続にパターン形成する工程と、前記蛍光体層の上面にアノード電極機能を有するメタルバック層を成膜する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置は、多数の電子放出素子が配列された背面基板と対向配置される前面基板上にパターン形成された遮光層と、前記遮光層が存在しない部分に、フォトリソグラフィ法を用いて互いに間隔をあけて不連続にパターン形成された複数の蛍光体層と、前記蛍光体層の上面に成膜形成されたアノード電極機能を有するメタルバック層と、を具備することを特徴とする。

上記の蛍光体層は、互いに異なる蛍光物質を含む複数種の蛍光体セグメントが所定の繰り返しパターンに配列されたものである。これらの蛍光体セグメントは、矩形状または短冊状の形態をなしており、少なくとも同種間（例えば赤（Ｒ）と赤（Ｒ））が所定の間隔をあけて不連続にパターン形成されるが、同種間ばかりでなく異種間（例えば赤（Ｒ）と緑（Ｇ）と青（Ｂ））においても互いに所定の間隔をあけて不連続にパターン形成されることがより好ましい。

フォトリソグラフィ法は、湿式プロセス、乾式プロセスのいずれであってもよいが、湿式プロセスを用いることがより好ましい。最適の湿式プロセスでは、フォトレジスト溶液（溶剤を含む）に対して蛍光体粒子を所定の割合で調合した混合溶液をスピンコーティング法、バーコーター法、あるいはロールコーター法等を用いて前面基板上に塗布し、加熱乾燥し、露光し、現像し、最終的に焼成してフォトレジストを焼失させ、所定パターンの蛍光体層を得る。なお、蛍光体層の形成にはスクリーン印刷法を用いることもできる。カラー蛍光面を形成する場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）ごとにフォトリソグラフィ法を３回繰り返して矩形状又は短冊状の蛍光体画素が縦横に規則配列された３色パターンを形成する。

メタルバック層は、蛍光体層の上面（トップ面）を覆うように形成されるが、蛍光体層の側壁には形成されない。このため、成膜後に分断工程を経ることなく、成膜したままの状態で隣り合う蛍光体層パターンの互いの導通が妨げられ、放電の発生が有効に防止される。矩形状又は短冊状の蛍光体画素を区画する縦区画線の幅は２０〜５０μｍの範囲とし、横区画線（ストライプ）の幅は５０〜３００μｍの範囲とする。これら縦横区画線の幅は、蛍光体層の断面形状（矩形、台形、逆台形）に拘わらず、蛍光体層のボトムにおける相互間隔をいうものとする。

蛍光体層の厚みは、塗布厚さや蛍光体粒子の粒径に依存するものであるが、通常の場合はおよそ７〜１０μｍの範囲である。蛍光体層には、カラーＴＶ用ＣＲＴに一般に用いられているＺｎＳ系、Ｙ₂Ｏ₃ 系、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ系などの蛍光体を用いることができる。カラーＴＶ用ＣＲＴの蛍光体は、数ｋＶ〜数１０ｋＶの電圧で加速された電子を照射して良好な輝度と発色が得られ、比較的安価であるにもかかわらず高輝度性能を有するからである。

本発明において、蛍光体層はフォトリソグラフィ法により高精細かつ高精度にパターン形成することができるが、これに対応するメタルバック層もフォトリソグラフィ法を用いて高精細かつ高精度にパターン形成することができる。メタルバック層の厚みは、通常の場合はおよそ５０〜２００ｎｍ（０．０５〜０．２μｍ）の範囲である。

本発明によれば、フォトリソグラフィ法により蛍光体層をパターン形成し、パターン化した蛍光体層の上面にメタルバック層を積層するだけでよいので、その後にメタルバック層を分断する後工程を省略することができる。このため、製造プロセスが簡略化されるという大きなメリットがある。また、本発明によれば、メタルバック層分断工程がないため、その下地層にあたる蛍光体層が損傷を受けるおそれがなくなるというメリットがある。勿論、本発明によればメタルバック膜間の面放電を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。

図１を参照して本実施形態の画像表示装置としてのＦＥＤを製造するための方法について説明する。

ＦＥＤの前面基板となるガラス基板２を所定の薬液を用いて洗浄処理し、所望の清浄面を得る。洗浄した前面基板２の内面に黒色顔料などの光吸収物質を含む遮光層形成溶液を塗布する。塗布膜を加熱乾燥した後に、マトリックスパターンに対応する位置に開孔を有するスクリーンマスクを用いて露光し、これを現像して、図１の（ａ）に示すマトリックスパターン遮光層２２ｂを形成する。

次に、赤（Ｒ）の蛍光体粒子をフォトレジスト溶液（溶剤を含む）に対して所定の割合で調合した混合溶液をスピンコーティング法によって前面基板２上に所定膜厚に塗布する。塗布膜を加熱乾燥した後に、赤（Ｒ）パターンに対応する位置に開孔を有するスクリーンマスクを用いて露光し、現像する。緑（Ｇ）と青（Ｂ）についても同様のフォトリソグラフィ法を用いて所定のパターンをそれぞれ形成する。そして、最終的に基板２を焼成してフォトレジストを焼失させ、図１の（ｂ）に示すように矩形状又は短冊状の３色パターンの蛍光体層６ａが縦横に規則配列された蛍光面を得る。例えばピッチ６００μｍの正方画素の場合には、蛍光体層６ａの縦区画線のＸ方向幅Ｗ１は例えば２０〜５０μｍの範囲とする。縦区画線の幅Ｗ１は、蛍光体層の断面形状（矩形、台形、逆台形）に拘わらず、隣り合う蛍光体層６ａ同士のボトム間隔で規定される。なお、蛍光体層６ａの横区画線（ストライプ）のＹ方向幅は例えば５０〜３００μｍの範囲とする。これらの縦横区画線にはマトリックスパターン遮光層２２が存在し、前面基板２のほうへ光が漏れ出さないように遮光される。

次に、Ｒ，Ｇ，Ｂセグメントパターンの蛍光体層６ａの上面にメタルバック層７を形成する。メタルバック層７を形成するには、例えばスピンコーティング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、アルミニウム（Ａｌ）膜を真空蒸着法により成膜する。さらに、これを焼成して有機物を除去する方法を採ることができる。

このメタルバック層７は、図１の（ｃ）に示すように、蛍光体層６ａの上面（トップ面）および隣り合う蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂの相互間ボトム（すなわち遮光層２２ｂ）の上にそれぞれ形成されるが、蛍光体層６ａの側壁には形成されない。この理由はメタルバック層７の膜成長が強い異方性を示すからである。なお、ピッチ６００μｍの正方画素の場合には、蛍光体層６ａの上面に成膜されるメタルバック層のＸ方向幅Ｗ２は例えば１４０〜１８０μｍの範囲となる。

また、メタルバック層７を、次に示すように、転写フィルムを用いて形成するようにしてもよい。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、ローラー方式等がある。こうして転写フィルムを押圧しＡｌ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、蛍光体層６ａの上面（トップ面）にＡｌ膜が転写される。

次いで、このようにして形成した蛍光面６を、電子放出素子とともに真空外囲器内に配置する。これには、蛍光面６を有する前面基板２と、複数の電子放出素子８を有する背面基板１とを、フリットガラス等により真空封着し、真空容器を形成する方法が採られる。さらに、真空外囲器内でパターンの上から所定のゲッタ材を蒸着し、メタルバック層７の領域にゲッタ材の蒸着膜を形成する。

このようにして製造されたＦＥＤにおいては前面基板２と背面基板１との間隙が極めて狭いため、両基板間で放電（絶縁破壊）が起こりやすいが、本実施形態で形成されたＦＥＤでは、パターン形成された蛍光体層６ａによってメタルバック層７が成膜したままの状態で画素セグメント毎に分断されているので、放電が発生した場合の放電電流のピーク値が抑えられ、エネルギーの瞬間的な集中が回避される。そして、放電エネルギーの最大値が低減される結果、電子放出素子や蛍光面の破壊・損傷や劣化が防止される。

次に、図２および図３に、本実施形態に共通のＦＥＤの構造を示す。ＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラスからなる前面基板２と背面基板１を有し、両基板１，２は１〜２ｍｍの間隔をおいて対向配置されている。これら前面基板２と背面基板１は、矩形枠状の側壁３を介して周縁部同士が接合させ、内部が１０^-4Ｐａ程度以下の高真空に維持された偏平な矩形状の真空外囲器４を構成している。

前面基板２の内面には蛍光面６が形成されている。この蛍光面６は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に発光する蛍光体層６ａとマトリックス状の遮光層２２ｂとで構成されている。蛍光面６上には、アノード電極として機能するとともに蛍光体層６ａの光を反射する光反射膜として機能するメタルバック層７が形成されている。表示動作時、メタルバック層７には図示しない回路により所定のアノード電圧が印加されるようになっている。

背面基板１の内面上には、蛍光体層７を励起するための電子ビームを放出する多数の電子放出素子８が設けられている。これらの電子放出素子８は、画素ごとに対応して複数列および複数行に配列されている。電子放出素子８マトリックス状に配設された図示しない配線により駆動されるようになっている。また、背面基板１と前面基板２との間には、これら基板１，２に作用する大気圧に耐えられるようにするために補強として、板状または柱状の多数のスペーサ１０が設けられている。

蛍光面６にはメタルバック層７を介してアノード電圧が印加され、電子放出素子８から放出された電子ビームはアノード電圧により加速されて蛍光面６に衝突する。これにより対応する蛍光体層６ａが発光し、画像が表示される。

図４に本発明の実施形態に共通の、前面基板２、特に蛍光面６の構造を示す。蛍光面６は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光する多数の矩形状の蛍光体層を有している。前面基板２の長手方向をＸ軸とし、これと直交する幅方向をＹ軸とした場合に、蛍光体層Ｒ，Ｇ，ＢはＸ軸方向に所定のギャップ間隔に繰り返し配列され、Ｙ軸方向には同一色の蛍光体層が所定のギャップ間隔に繰り返し配列されている。なお、所定のギャップ間隔といっても製造上の誤差の範囲内で、または設計上の公差の範囲内で変動することが許容されているため、ＸＹ平面内において蛍光体層６ａ間のギャップ間隔は正確には一定値であるとは言えないが、ここでは便宜上ほぼ一定値であるものとして説明する。

蛍光面６は遮光層２２を備えている。この遮光層２２は、図４に示すように、前面基板２の周縁部に沿って延びた矩形枠遮光層２２ａと、矩形枠遮光層２２ａの内側で蛍光体層Ｒ，Ｇ，Ｂの間をマトリックス状に延びたマトリックスパターン遮光層２２ｂとを有する。

マトリックスパターン遮光層２２ｂの上には、図５と図６に示すようにＹ方向に延びた抵抗調整層３０の縦線部３１Ｖが設けられ、また図５と図７に示すようにＸ方向に延びた抵抗調整層３０の横線部３１Ｈが設けられている。縦線部３１Ｖおよび横線部３１Ｈは、いずれも所定の抵抗性を有する金属酸化物の微粒子を母材とした材料を用いて、常法のフォトリソグラフィ法により形成される。さらに、抵抗調整層３０の縦線部３１Ｖの上には分断層３２の縦線部３３Ｖが設けられ、抵抗調整層３０の横線部３１Ｈの上には分断層３２の横線部３３Ｈが設けられている。

蛍光体層６ａは図６に示すようにＸ方向にＲ，Ｇ，Ｂと並んでいるため、縦線部３１Ｖは横線部３１Ｈよりもはるかに幅が狭くなっている。例えばピッチ６００μｍの正方画素の場合には、縦線部３１Ｖの幅は４０μｍ、横線部３１Ｈの幅は３００μｍである。

次に、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
ガラス基板上に黒色顔料からなるマトリックス状の遮光層をフォトリソ法により形成した後に、赤（Ｒ）蛍光体としてＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺を、緑（Ｇ）蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌを、青（Ｂ）蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇをそれぞれ用いてフォトリソ法によりパターニングして、矩形状の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の繰り返しパターンの蛍光体層をマトリックスパターン遮光層の間のスペースに形成した。そして、最終的に基板２を焼成してフォトレジストを焼失させ、３色パターンの蛍光体層が縦横に規則配列された蛍光面を得た。この蛍光面にはピッチ６００μｍの正方画素が形成され、蛍光体層の縦区画線のＸ方向幅Ｗ１は３０μｍであった。

次いで、このようにして得た３色パターン蛍光体層の上面に、真空蒸着法によりＡｌ膜からなるメタルバック層を成膜した。すなわち、蛍光面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（メタルバック層）を形成し、次いで４５０℃の温度で３０分間加熱焼成し、有機分を分解・除去した。

次いで、このメタルバック層の上に、マトリックスパターン遮光層上に対応する位置に開孔を有するスクリーンマスクを用い、粒径１０ｎｍのＳｉＯ_２の微粒子５重量％とエチルセルロース４．７５重量％およびブチルカルビトールアセテート９０．２５重量％から成るペーストをスクリーン印刷した。こうして、遮光層の上に相当する領域に、ＳｉＯ_２層のパターンを形成した。

次に、こうして形成された所定のパターンを有するＳｉＯ_２層の上に、真空雰囲気でＢａを蒸着した。その結果、ＳｉＯ_２層上にはゲッタ材であるＢａが堆積するが、一様な膜は形成されない。これに対して、Ａｌ膜上のＳｉＯ_２層が形成されていない領域には、ゲッタ材であるＢａの均一な蒸着膜が形成され、その結果、Ａｌ膜上にＳｉＯ_２層のパターンと反転するパターンのゲッタ膜が形成された。

また、ゲッタ膜を蒸着する前のパターン化されたＳｉＯ_２層を有するパネルを、前面基板として使用し、常法によりＦＥＤを作製した。表面伝導型電子放出素子をマトリックス状に多数形成した電子発生源をガラス基板に固定し、背面基板を作製した。次いで、この背面基板と前面基板とを、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。背面基板と前面基板との間隙は、約２mmとした。次いで、真空排気後、パネル面に向けてＢａを蒸着し、Ａｌ膜上にＳｉＯ_２層パターンと反転するパターンのゲッタ膜を形成した。

こうして実施例１で得られたＦＥＤにおけるパターン間の電気的切断（メタルバック層間の面放電の抑制）の程度を調べた結果、良好な結果が得られた。

（実施例２）
実施例１と同様に形成されたマトリックスパターン遮光層間のスペースに、赤（Ｒ）蛍光体としてＹＶＯ₄：Ｅｕ³⁺を、緑（Ｇ）蛍光体として（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌを、青（Ｂ）蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇをそれぞれ用いてフォトリソ法によりパターニングして、矩形状の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の繰り返しパターンの蛍光体層を形成した。この蛍光面にはピッチ６００μｍの正方画素が形成され、蛍光体層の縦区画線のＸ方向幅Ｗ１は２０μｍであった。

蛍光体層の上面に設けるメタルバック層は、実施例１と同条件で成膜した。その後の工程も実施例１と同条件で行ってＦＥＤを製作した。

こうして実施例２で得られたＦＥＤにおけるパターン間の電気的切断（メタルバック層間の面放電の抑制）の程度を調べた結果、良好な結果が得られた。

本発明の実施形態に係る画像表示装置の製造方法を示す工程図。 画像表示装置（ＦＥＤ）の概要を示す斜視図。 図２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図。 画像表示装置（ＦＥＤ）の一部を切り欠いて前面基板の蛍光面およびメタルバック層を示す平面図。 本発明の実施形態に係る画像表示装置を示す部分拡大平面図。 図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図。 図５のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図。

符号の説明

１…背面基板、２…前面基板、３…側壁、
６…蛍光面、６ａ…蛍光体層、
７，７ａ…メタルバック層
８…電子放出素子、
２２，２２ａ，２２ｂ…遮光層

Claims (6)

1. 多数の電子放出素子が配列された背面基板と対向配置される前面基板上に遮光層をパターン形成する工程と、
   前記遮光層が存在しない部分に、複数の蛍光体層を互いに間隔をあけて不連続にパターン形成する工程と、
   前記蛍光体層の上面にアノード電極機能を有するメタルバック層を成膜する工程と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
2. 前記蛍光体層はフォトリソグラフィ法を用いて形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記蛍光体層は互いに異なる蛍光物質を含む複数種の蛍光体セグメントを有し、これら複数種の蛍光体セグメントを同種間ばかりでなく異種間においても互いに所定の間隔をあけて不連続にパターン形成することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の方法。
4. 前記メタルバック層は、前記蛍光体層の上面を覆うように形成されるが、前記蛍光体層の側壁には形成されず、成膜後に分断工程を経ることなく、成膜したままの状態で隣り合うパターン同士の互いの導通が妨げられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
5. 多数の電子放出素子が配列された背面基板と対向配置される前面基板上にパターン形成された遮光層と、
   前記遮光層が存在しない部分に、フォトリソグラフィ法を用いて互いに間隔をあけて不連続にパターン形成された複数の蛍光体層と、
   前記蛍光体層の上面に成膜形成されたアノード電極機能を有するメタルバック層と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置。
6. 前記蛍光体層は互いに異なる蛍光物質を含む複数種の蛍光体セグメントを有し、これら複数種の蛍光体セグメントを同種間ばかりでなく異種間においても互いに所定の間隔をあけて不連続にパターン形成されていることを特徴とする請求項５記載の装置。

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