JP2007317522A

JP2007317522A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2007317522A
Application number: JP2006146308A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Miura; 徳孝三浦; Mitsutoshi Hasegawa; 光利長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06
Also published as: CN101079361A; CN100570803C; US20070273267A1

Abstract

【課題】メタルバック上にゲッタ膜を有する構成の前面基板を持つＦＰＤにおいて、メタルバックの電位が高い場合にも、輝度の経時劣化が小さく、長寿命なものを提供する。
【解決手段】蛍光体上にメタルバックを備え、該メタルバックをゲッタにより被覆してなる画像表示装置において、メタルバックの厚さを５５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とし、ゲッタ材の厚さを４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。
【選択図】なし

Description

本発明は画像表示装置の画像形成部に関わり、特に平面型画像表示装置に使用される前面基板のメタルバック及びゲッタの構成に関わる。

ブラウン管（ＣＲＴ）やフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は電子線を用いることから、真空容器内部を高真空に保つ必要があり、内部の真空劣化（圧力上昇）は画像品質や電子源寿命に影響を及ぼす。そのため、真空容器内部にゲッタと呼ばれる金属薄膜が配置される。近年の表示面積の大型化に伴い、真空容器内に占めるゲッタの面積も十分に大きいものとすることが必要とされている。そこで、例えば、蛍光体を覆うメタルバック上にゲッタが配置された画像表示装置が開示されている（特許文献１）。

特許文献１においては、メタルバック及びゲッタの適当な膜厚として、それぞれ５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が選択される。しかしながら、メタルバックに印加される電位がより高い場合には、蛍光体側からの放出ガスが増大するため、より一層の改善が求められる。

特開平９−８２２４５号公報

本発明の目的は、メタルバック上にゲッタを有する画像表示装置において、メタルバックの電位が高い場合にも、輝度の経時劣化が小さく、長寿命な画像表示装置を提供することにある。

本発明は、画像を表示するための蛍光体と、該蛍光体を被覆するメタルバックとを有する前面基板と、電子放出素子を有する背面基板と、前記前面基板と前記背面基板との間に配置された支持枠とを備える画像表示装置において、
前記メタルバックの厚さが５５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、少なくとも該メタルバックがゲッタで被覆されていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、上記ゲッタの厚さが４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、また、該ゲッタが、Ｔｉ、Ｚｒ、またはこれらの内の少なくとも一種を主成分とする合金であることが好ましい。

本発明によれば、前面基板のメタルバックをゲッタで被覆する構成において、メタルバックを高電位とした場合においても経時的な輝度劣化の少ない、長寿命の画像表示装置を得ることが可能となる。

以下に、本発明の好ましい態様を例に挙げて、本発明を詳述する。

図１は本発明の画像表示装置の構成の一例を模式的に示すものである。図中、１は前面基板、２は背面基板、３は支持枠で、接合部においてフリットガラスまたは低融点金属を用いて互いに接着され、外囲器（真空容器）を形成している。前面基板１は、前面ガラス基板１１の上に、蛍光体１２、ブラックマトリクス１３、メタルバック１４、ゲッタ１５が形成されてなり、この部分は画像表示領域となる。図２に前面基板１の断面を模式的に拡大して示す。蛍光体１２は白黒画像の表示装置の場合には蛍光体のみからなるが、カラー画像を表示する場合には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体によりピクセルが形成され、その間を黒色導電材で分離した構造とする。黒色導電材はその形状により、ブラックストライプ、ブラックマトリクスなどと呼ばれる。メタルバック１４はＡｌ等の導電性薄膜により構成される。メタルバック１４は、蛍光体１２から発生した光のうち、電子放出素子２２の方に進む光をガラス基板１の方向に反射して輝度を向上させる。同時に、外囲器内に残留したガスが、電子線により電離され生成したイオンの衝撃によって、蛍光体が損傷を受けるのを防止する働きもある。また、前面基板１の画像表示領域に導電性を与えて電荷が蓄積されるのを防ぎ、電子源２２に対してアノード電極の役割を果たすものである。メタルバック１４は高圧取り出し端子４に接続され、外部より電圧が印加される。

メタルバック１４の上に形成されるゲッタ１５は、外囲器内部で発生したガスを吸着する。ゲッタ１５は真空蒸着法、スパッタ法などにより成膜可能である。とりわけ、非蒸発型ゲッタ（ＮＥＧ）の場合には、成膜以降の取り扱いを容易にするために、ゲッタ１５の表面に薄い窒化層を形成して安定化するのが好ましい。そのために、ゲッタ１５の成膜終了後の真空装置内に窒素ガスを導入する。このときに形成された窒化層は、ゲッタ活性化処理により除去する。ゲッタ活性化処理とは、真空中で加熱するなどの方法により、窒素原子をゲッタ材の内部に拡散させて清浄な表面を形成し、ゲッタ作用（ガス吸着作用）が発現するようにすることである。本発明において用いられる好ましいゲッタとしては、ＮＥＧであり、特に、Ｔｉ、Ｚｒ、さらには、これらの内の少なくとも一種を主成分とする合金の中から選択されることが好ましい。

ゲッタ１５が吸着可能なガスの量は、吸着するガス種にもよるが、ゲッタ内部へのガスの拡散過程を伴うため、ゲッタ膜の体積に依存する。よって必要な吸着量に応じてゲッタ膜厚の下限が決まり、３０ｎｍ以上であることが好ましい。特にＮＥＧの場合、活性化処理においてガスがゲッタ内部に拡散するため、その分、有効な体積が消費される。前面基板の画像表示領域上に成膜されたＮＥＧにおいては、約４０ｎｍ近くもの膜厚が無効となる場合があり、少なくとも４０ｎｍ以上の膜厚を有することが好ましい。

ゲッタの膜厚の無効部分を減らすためには、ゲッタ活性化処理時にゲッタ内部に拡散するガスの量を減らすことが考えられる。ゲッタ活性化処理時にゲッタ１５の内部に拡散するガスには、ゲッタ１５の表面に吸着しているものと、ゲッタ１５の下地となっているメタルバック１４を通して拡散してくるものがある。この内、ゲッタ１５の表面に既に吸着しているガスについては、内部に拡散する量を減らすことは容易ではない。しかし、メタルバック１４を通して拡散してくるものについては、メタルバック１４の厚さを厚くすることにより、その量を減らすことが可能であることが判明した。検討の結果、メタルバック１４の厚さはおよそ５５ｎｍ以上とすることにより、メタルバック１４を介してゲッタ１５内部に拡散するガスの量を有効に低減できることが分かった。

しかし、メタルバック１４の厚さが、５５ｎｍを超え、１２０ｎｍ程度まで厚くしていくと、却ってゲッタ１５の吸着性能が低下することも判明した。これはゲッタ１５の吸着可能なガスの量が、ゲッタ１５の下地となるメタルバック１４の表面粗さにも依存するため、メタルバック１４の厚さが１２０ｎｍ程度まで厚くなると、メタルバック１４の表面が平滑化され、表面粗さが低下するためである。つまり、メタルバック１４の厚さとしては１２０ｎｍ程度が上限となる。

背面基板２においては、背面ガラス基板２１上に、前面基板１上の蛍光体１２一つ一つに対応して、ほぼ対向する位置に電子放出素子２２が形成され、該電子放出素子２２は素子電極２５，２６を介してそれぞれＸ方向配線２３、Ｙ方向配線２４に接続されている。Ｙ方向配線２４は電子放出させる素子の行を選択する、行選択用端子であり、Ｘ方向配線２３は選択された行に属する素子の電子放出量を制御するための信号を入力する、信号入力端子である。尚、これらの端子の形態は、電子放出素子２２の構造や制御の方法により適宜望ましいものが選ばれるもので、図に示した構造に限られるものではない。

前面基板１と背面基板２は支持枠３を介して対向して配置され、フリットや低融点金属といった封着材料を用いて封着され、真空容器からなるＦＰＤが形成される。ＦＰＤ内部を真空にする必要のあるＦＥＤやＳＥＤについては、内部を真空にする方法として、真空チャンバー中で封着（封止）する方法や、封着した後に排気管、排気孔などから排気し、封止する方法などが考えられる。ゲッタ活性化処理は真空中で温度を上げる必要があり、また特にＴｉ、ＺｒなどのＮＥＧを採用した場合、ゲッタ活性化処理において、水素を主とするガスがゲッタより放出されるため、ゲッタ活性化処理は真空容器が封止される前に実施されることが望まれる。

封止され、内部が真空に保たれたパネルは、駆動回路及び駆動回路とパネルを接続するケーブルが実装され、筐体に組み込まれ、画像表示装置（ＦＰＤ）が形成される。尚、テレビジョンセット、ＰＣなどに使用されるディスプレイは通常駆動回路が実装されるが、本特許は駆動回路を実装せず、独立した駆動回路により外部から駆動信号を入力した場合においても、違いを生じるものではない。

以下に好ましい実施例を挙げて、本発明を更に詳述する。

（実施例１）
（１）前面基板形成工程
前面ガラス基板１１としてはアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用いた。ガラス基板を充分に洗浄した後、この上にスパッタ法によりＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘｉｄｅ）を１００ｎｍ堆積し、透明電極を形成した。続いて印刷法により蛍光膜を塗布し、フィルミングと呼ばれる表面の平滑化処理をして、蛍光体１２を形成した。尚、蛍光体１２は赤、緑、青の３色よりなるストライプ状の蛍光体と、黒色導電材とが交互に配列するマトリクス構造（ブラックマトリクス）とした。画素数は赤、緑、青を１画素として７２０×１６０画素である。更に、蛍光体１２、ブラックマトリクス１３の上（画像表示部全面）に、アルミ薄膜よりなるメタルバック１４を電子ビーム蒸着法により１００ｎｍの厚さに形成した。フィルミングはメタルバック形成後、大気中で焼成することにより除去された。尚、メタルバック１４を電気的に高圧端子４に接続するための配線は、予めＡｇペーストの印刷、焼成によって形成した。

（２）ゲッタ形成工程
フィルミングを除去した後、メタルバック１４上全面に、Ｔｉを電子ビーム蒸着法により１２０ｎｍの厚さに形成した。

（３）背面基板形成工程
背面ガラス基板２１としては、アルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用い、更にこの上にナトリウムブロック層としてＳｉＯ₂膜１００ｎｍを塗付焼成したものを用いた。

素子電極２５，２６は、ガラス基板２１上に、先ず下引き層としてＴｉ５ｎｍ、その上に白金４０ｎｍをスパッタ法によって成膜した後、フォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。次にＹ方向配線２４について、素子電極の一方に接して、且つそれらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料には銀フォトペーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃の温度で焼成して配線を形成した。配線の厚さは約１０μｍ、幅は５０μｍである。尚、終端部は配線取り出し電極として使うために、線幅をより大きくした。次にＸ方向配線２３とＹ方向配線２４を絶縁するための層間絶縁層を配置した。Ｘ方向配線２３の下に、先に形成したＹ方向配線２４との交差部を覆うように、且つＸ方向配線２３と素子電極２５、２６の他方との電気的接続が可能なように、接続部にコンタクトホールを開けて形成した。工程はＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像した。これを４回繰り返し、最後に４８０℃の温度で焼成した。この層間絶縁層の厚みは全体で約３０μｍであり、幅は１５０μｍである。Ｘ方向配線２３は、先に形成した絶縁層の上に、銀ペーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様なことを行い２度塗りしてから４８０℃の温度で焼成することにより形成した。Ｘ方向配線２３は上記絶縁層を挟んでＹ方向配線２４と交差しており、絶縁層のコンタクトホール部分で素子電極の他方と接続されている。このＸ方向配線２３によって他方の素子電極は連結されており、パネル化した後は走査電極として作用する。Ｘ方向配線２３の厚さは、約１５μｍである。

（４）素子膜塗布
素子電極２５、２６の間に素子膜をインクジェット方式で塗布した。素子膜としては水８５：イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解した有機パラジウム含有溶液を使用した。その後この基板を空気中にて、３５０℃で１０分間の焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。素子膜の直径は約６０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍである。

（５）素子膜フォーミング
背面基板２上に形成された素子膜に対して、フォーミングと呼ばれる還元雰囲気中での通電処理により、素子膜内部に亀裂を生じさせ、電子放出部を形成した。具体的には、背面基板２の周囲の取り出し電極部（Ｘ方向配線２３、Ｙ方向配線２４の外周部）を残して、基板全体を覆うように蓋をかぶせる。蓋は真空排気系及びガス導入系と接続されており、その内部に低圧力の水素ガスを充填することが可能なようになっている。低圧力の水素ガス空間中で外部電源より電極端子部からＸ，Ｙ方向配線間に電圧を印加し、素子電極２５，２６間に通電する事によって、素子膜を局所的に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的に高抵抗な状態の電子放出部を形成する。この時、水素によって還元が促進され酸化パラジウム（ＰｄＯ）がパラジウム（Ｐｄ）膜に変化する。

（６）素子活性化
フォーミングが終了した状態のＳＣＥは電子放出効率が非常に低いものであるため、電子放出効率を上げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行う。この処理は前記の素子膜フォーミングと同様に蓋をかぶせ、内部に有機化合物が存在する適当な圧力の真空空間を作り、外部からＸ，Ｙ方向配線２３，２４を通じてパルス電圧を素子電極２５，２６に繰り返し印加することによって行う。これにより、有機化合物に由来する炭素或いは炭素化合物を、前記亀裂近傍にカーボン膜として堆積させる。本工程ではカーボン源としてトルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した状態で電圧を印加した。

（７）支持枠形成工程
背面基板２の画像表示領域の外周に、ＰＤ−２００ガラスで成形された、幅８ｍｍ、高さ１．２ｍｍの支持枠３をガラスフリットで固定した。

（８）封着材料（低融点金属）塗布
前面基板１及び背面基板２を約１２０℃に加熱したホットプレート上に置き、前面基板の画像表示領域外周の封着部、及び背面基板２に固定した支持枠３の上に、電気るつぼ中で溶融したインジウム（融点：１５７℃）を口径約４ｍｍのノズルで塗布した。形成されたインジウムの高さは約３００μｍである。

（９）ゲッタ活性化処理・封着工程
ゲッタ活性化処理、及び封着は、真空槽内で行った。

真空槽内には上下相対向する位置にホットプレートがあり、上ホットプレートには前面基板１が、下ホットプレートには背面基板２が固定されている。尚、上ホットプレートは上下に動くようになっている。

真空槽を排気後、封着後の真空容器内部を良好な真空に保つ目的で、背面基板２に３８０℃のベークを実施すると同時に、前面基板１は４３０℃迄昇温し、ゲッタ活性化処理を行った。背面基板２を３８０℃に保持している時間、及び前面基板１を４３０℃に保持している時間は共に１時間である。

その後、前面基板１及び背面基板２の温度を１７０℃迄降温した後、前面基板１を下降し、前面基板１上、及び支持枠３上に塗布されたインジウムを重ね合わせる状態にして封着し、真空容器（画像表示装置）を形成した。

上記工程で形成されたＳＥＤは、駆動回路と共に筐体に取り付けられた。

（実施例２）
実施例１のゲッタ形成工程において、ゲッタ膜厚を１７０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様の処理を行って本実施例の画像表示装置を作成した。

（実施例３）
実施例１のゲッタ形成工程において、Ｔｉの代わりにＺｒを電子ビーム蒸着したこと以外は、実施例１と同様の処理を行って本実施例の画像表示装置を作成した。

（実施例４）
実施例１の前面基板形成工程において、メタルバックを画像表示領域全面ではなく、メタルマスクによりパターニングし、蛍光体上のみに真空蒸着したこと以外は、実施例１と同様の処理を行って本実施例の画像表示装置を作成した。

（比較例１）
実施例１の前面基板形成工程において、メタルバックの膜厚を４０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様の処理を行って本実施例の画像表示装置を作成した。

（比較例２）
実施例１の前面基板形成工程において、メタルバックの膜厚を１５０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様の処理を行って本実施例の画像表示装置を作成した。

以上で述べた実施例１乃至３及び比較例１乃至２の輝度経時変化の比較評価を行った。評価は、単純マトリクス駆動を行い、画像表示装置を連続全面発光させ、輝度の経時変化を測定した。画像表示領域中央部付近の輝度の変化を光センサーにより計測した結果を図３に示す。図３においては実施例１の輝度を１とし、他の例の輝度を相対的にプロットしている。

尚、駆動は、Ｘ方向配線２３（信号配線）を全てグランド電位とし、Ｙ方向配線２４に走査周波数６００Ｈｚ、パルス幅２０μｓの矩形波で−１６Ｖの電圧を印加した。また同時に、高圧取り出し端子４を介してメタルバックに１０ｋＶの電圧を印加することにより行った。

図３において初期の相対輝度が異なるのは、メタルバック１４の厚さ及びゲッタ１５の厚さ、またはゲッタ１５の材質の違いによって、それぞれの膜を透過して蛍光体１２に到達する電子の数が異なるためである。またメタルバック１３の厚さの違いによって、発光している光の反射率が異なるためでもある。実施例１乃至３と比較例１、２の輝度を比較すると、実施例１乃至３は、構成によっては実施例１、２よりも輝度が低いが、経時的な輝度の低下を低く抑えることができることが分かる。比較例１で経時的な輝度劣化が早くなるのは、メタルバック１３が薄いため、ゲッタ活性化処理において、蛍光体１２、ブラックマトリクス１３から放出されるガスがより多くゲッタ１５に至るためである。また、比較例２で経時的な輝度劣化が早くなるのは、ゲッタ１５の吸着能力がゲッタの下地層であるメタルバック１３の表面粗さに依存するため、膜厚が厚くなったことにより表面が平滑になり、吸着能力が低下したためである。

ＳＣＥを用いたＳＥＤの一例を示す模式図である。図１の前面基板の断面の一部を示す模式図である。本発明の実施例における輝度の経時変化を示す図である。

符号の説明

１前面基板
２背面基板
３支持枠
４高圧取り出し端子
１１前面ガラス基板
１２蛍光体
１３ブラックマトリクス
１４メタルバック
１５ゲッタ
２１背面ガラス基板
２２電子放出素子
２３Ｘ方向配線
２４Ｙ方向配線
２５，２６素子電極

Claims

画像を表示するための蛍光体と、該蛍光体を被覆するメタルバックとを有する前面基板と、電子放出素子を有する背面基板と、前記前面基板と前記背面基板との間に配置された支持枠とを備える画像表示装置において、
前記メタルバックの厚さが５５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、少なくとも該メタルバックがゲッタで被覆されていることを特徴とする画像表示装置。
上記ゲッタの厚さが４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項１に記載の画像表示装置。
上記ゲッタが、Ｔｉ、Ｚｒ、またはこれらの内の少なくとも一種を主成分とする合金である請求項１又は２に記載の画像表示装置。