JP2008217994A - Flat panel type image forming device, and spacer - Google Patents

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Hirotaka Yamamoto
浩貴 山本
Takashi Naito
内藤  孝
Yuichi Sawai
裕一 沢井
Motoyuki Miyata
素之 宮田
Michiko Honbo
享子 本棒
Fusao Hojo
房郎 北條
Hiroyuki Ito
博之 伊藤
Akira Hatori
明 羽鳥
Nobuhiko Hosoya
信彦 細谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flat panel type image forming device having a spacer, and the spacer which can simultaneously satisfy resistance temperature characteristics, voltage endurance, beam deflection suppressing effect. <P>SOLUTION: The image forming device includes a cathode substrate provided with an electron source, an anode substrate provided with a phosphor for emitting light when receiving electrons emitted from the electron source, and the spacer arranged between the cathode substrate and anode substrate for supporting both of the substrates. The spacer comprises a glass substrate, a first metallic oxide thin film directly formed on a side surface of the glass substrate and exhibiting semiconductor like electrical conductivity, a second metallic oxide thin film formed outside the first metallic oxide thin film and exhibiting metallic electrical conductivity, and a third metallic oxide thin film formed outside the second metallic oxide thin film and exhibiting semiconductor-like electrical conductivity. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、平面型画像形成装置とそれに使用されるスペーサに関する。   The present invention relates to a flat image forming apparatus and a spacer used therefor.

近年、情報処理装置或いはテレビジョン放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性を有すると共に軽量、省スペース化が図れることから、平面型画像形成装置(FPD:Flat Panel Display)への関心が高まっている。この平面型画像形成装置の代表的なものが液晶表示装置やプラズマ表示装置であり、また、最近注目されているフィールドエミッションディスプレイ(Field Emission Display、以下、FEDと称する)である。   In recent years, with the improvement in image quality of information processing devices or television broadcasting, it has high luminance and high definition characteristics, and can be reduced in weight and space, so that it can be used as a flat panel display (FPD). Interest is growing. Typical examples of the flat type image forming apparatus are a liquid crystal display device and a plasma display device, and a field emission display (hereinafter referred to as FED) which has been attracting attention recently.

FEDは冷陰極素子の電子放出素子をマトリックス状に配置した電子源を有する自発光型の表示装置である。電子放出素子としては、表面伝導型放出素子(SED型)、電界放出型素子(FE型)、金属/絶縁膜/金属型放出素子(MIM型)などが知られている。また、FE型では、モリブデン等の金属やシリコン等の半導体物質で作られたスピント型や、カーボンナノチューブを電子源とするCNT型などが知られている。   The FED is a self-luminous display device having an electron source in which electron emitters of cold cathode elements are arranged in a matrix. Known electron-emitting devices include surface conduction electron-emitting devices (SED type), field emission devices (FE type), metal / insulating film / metal-type emitting devices (MIM type), and the like. As the FE type, a Spindt type made of a metal such as molybdenum or a semiconductor material such as silicon, or a CNT type using a carbon nanotube as an electron source is known.

FEDでは、電子源が形成された背面側のカソードパネルと、電子源から放出された電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された前面側のアノードパネルとの間に空間を設けて、この空間を真空雰囲気に保つ必要がある。真空に保たれた空間部が大気圧に耐えられるようにするために、通常、2つのパネル間にスペーサと呼ばれる支持部材が配置される。   In the FED, a space is provided between the cathode panel on the back side where the electron source is formed and the anode panel on the front side where a phosphor that emits light when excited by electrons emitted from the electron source is formed. It is necessary to keep the space in a vacuum atmosphere. In order to allow the space maintained in a vacuum to withstand atmospheric pressure, a support member called a spacer is usually disposed between the two panels.

FEDは、通常、電子源とアノードとの間の電位差が数〜数十kV程度となるように、アノードに電圧が印加される。この印加電圧が高いほど、パネルの高輝度化と長寿命化が図れるが、一方でスペーサが帯電しやすくなる。スペーサが帯電すると、カソードからアノードに飛行する電子ビームがスペーサ側に引き寄せられる、或いは、反発してスペーサから遠ざかるという現象が起こる。この結果、明るさが変わり、スペーサの影が画面に表示されるようになって、画質が悪くなるという問題が生じる。また、放電が起こりやすくなり、カソードや他の構造部品が破壊されるという問題が生じる。   In the FED, a voltage is usually applied to the anode so that the potential difference between the electron source and the anode is about several to several tens of kV. The higher the applied voltage, the higher the luminance and the longer the life of the panel, but the more easily the spacer is charged. When the spacer is charged, a phenomenon occurs in which the electron beam flying from the cathode to the anode is attracted to the spacer side or repels away from the spacer. As a result, the brightness changes, and the shadow of the spacer is displayed on the screen, resulting in a problem that the image quality is deteriorated. In addition, discharge tends to occur, causing a problem that the cathode and other structural parts are destroyed.

このような問題を回避する方法の一つとして、スペーサ材料として比抵抗が10Ωcm程度の電子伝導性のガラス材料を用いる方法がある。このような電子伝導性ガラスとして、V−W−P−O系ガラスが知られている(非特許文献1参照)。また、別な方法としては、スペーサの基材として絶縁体のガラス基板を用い、その上部に電子の伝導を促す薄膜を形成する方法がある。このような薄膜として、抵抗温度係数が負の貴金属を含有した酸化物サーメット膜を形成することが知られている(特許文献1参照)。この酸化物サーメット膜を用いることにより、スペーサ表面で消費される電力による温度上昇で抵抗値が減少し続け、過大な電流が流れるいわゆる熱暴走を抑制することが出来る。 One method for avoiding such a problem is to use an electron conductive glass material having a specific resistance of about 10 7 Ωcm as the spacer material. VWPO glass is known as such an electron conductive glass (see Non-Patent Document 1). As another method, there is a method in which an insulating glass substrate is used as a spacer base material and a thin film for promoting electron conduction is formed thereon. As such a thin film, it is known to form an oxide cermet film containing a noble metal having a negative resistance temperature coefficient (see Patent Document 1). By using this oxide cermet film, it is possible to suppress so-called thermal runaway in which an excessive current flows because the resistance value continues to decrease due to a temperature rise due to power consumed on the spacer surface.

A. Mansingh, J. K. Valid, R. P. Tandon, 「DC conductivity of molybdenum phosphate glasses」, J.Phys.C, Solid State Phys., Vol10,4061-4066(1977)A. Mansingh, J. K. Valid, R. P. Tandon, `` DC conductivity of molybdenum phosphate glasses '', J. Phys. C, Solid State Phys., Vol 10, 4061-4066 (1977) 特許第3745078号公報Japanese Patent No. 3745078

非特許文献1には、V−W−P−O系の電子伝導性ガラスを用いることが記載されているが、この電子伝導性ガラスは半導体的性質を示し、かつ、電子伝導がホッピング伝導で生じるため、電気抵抗の温度係数が極めて大きい。しかも、半導体の性質として高温ほどキャリアが増えて低抵抗となる。このため、熱暴走が生じやすい。また、ホッピング伝導機構であるため、高温ほどホッピングできる分子のエネルギーが増大し、ホッピングの確率が高くなり、温度上昇に伴う抵抗の低下が著しく、抵抗温度係数が正で、大きいという問題がある。   Non-Patent Document 1 describes the use of V—W—P—O-based electron conductive glass, but this electron conductive glass exhibits semiconducting properties, and electronic conduction is hopping conduction. As a result, the temperature coefficient of electrical resistance is extremely large. Moreover, as a semiconductor property, the higher the temperature, the more carriers and the lower the resistance. For this reason, thermal runaway tends to occur. In addition, because of the hopping conduction mechanism, there is a problem that the higher the temperature, the higher the energy of molecules that can be hopped, the higher the probability of hopping, the significant decrease in resistance with increasing temperature, and the positive and large resistance temperature coefficient.

特許文献1には、絶縁体マトリックス中に貴金属を分散して構成される酸化物サーメット膜を絶縁体ガラス基材上に形成することが開示されている。この酸化物サーメット膜は抵抗温度係数が負のため熱暴走を抑制できる。しかしながら、アノード基板とカソード基板に印加された10kV程度の高電圧により電流が薄膜にのみに流れるため、高い電圧の印加によりスペーサに異常放電が生じ、パネルを破壊しやすいという問題がある。また、この酸化物サーメット膜は絶縁体マトリックスを用いており、マトリックスの部分は電子照射によって正に帯電するため、この帯電した部分によってスペーサ近傍の電子源から照射される電子が吸引されるという現象が起こりやすい。   Patent Document 1 discloses that an oxide cermet film formed by dispersing a noble metal in an insulator matrix is formed on an insulator glass substrate. Since this oxide cermet film has a negative resistance temperature coefficient, thermal runaway can be suppressed. However, since a current flows only in the thin film due to a high voltage of about 10 kV applied to the anode substrate and the cathode substrate, there is a problem that abnormal discharge occurs in the spacer due to application of the high voltage, and the panel is easily broken. In addition, this oxide cermet film uses an insulator matrix, and the portion of the matrix is positively charged by electron irradiation, so that the electrons irradiated from the electron source near the spacer are attracted by the charged portion. Is likely to occur.

以上のように、従来の技術ではスペーサの抵抗温度特性、耐電圧、ビーム偏向防止効果を同時に満たすスペーサを有する平面型画像形成装置を得ることが難しかった。   As described above, it has been difficult to obtain a flat image forming apparatus having a spacer that simultaneously satisfies the resistance temperature characteristics, the withstand voltage, and the beam deflection preventing effect of the spacer.

本発明の目的は、抵抗温度特性、耐電圧、ビーム偏向抑制効果を同時に満たすことができるスペーサを有する平面型画像形成装置およびスペーサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a planar image forming apparatus and a spacer having a spacer that can simultaneously satisfy the resistance temperature characteristics, the withstand voltage, and the beam deflection suppressing effect.

本発明は、電子源を備えたカソード基板と、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード基板と、前記カソード基板と前記アノード基板の間に配置され両基板を支持するスペーサを具備する平面型画像形成装置において、前記スペーサが、ガラス基材と、その側面に直接形成された半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された金属的な電気伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された半導体的な電気伝導性を示す第三の金属酸化物薄膜とから構成されていることを特徴とする。   The present invention relates to a cathode substrate having an electron source, an anode substrate having a phosphor that emits light upon receiving electrons emitted from the electron source, and both the substrates disposed between the cathode substrate and the anode substrate. In the flat type image forming apparatus having a supporting spacer, the spacer is formed on the outside of the glass substrate, the first metal oxide thin film which is directly formed on the side surface and exhibits semiconducting electrical conductivity. A second metal oxide thin film exhibiting metallic electrical conductivity and a third metal oxide thin film exhibiting semiconducting electrical conductivity formed on the outside thereof. To do.

本発明は、平面型画像形成装置の背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサであって、ガラス基材と、その側面に直接形成された半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された金属的な電気伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された半導体的な電気伝導性を示す第三の金属酸化物薄膜とから構成されていることを特徴とする。   The present invention is a spacer disposed between a back panel and a front panel of a flat-type image forming apparatus, and includes a glass substrate and a first metal having a semiconducting electrical conductivity directly formed on the side surface thereof. An oxide thin film, a second metal oxide thin film formed on the outer side and exhibiting metallic electrical conductivity, and a third metal oxide thin film formed on the outer side and exhibiting semiconductor electrical conductivity. It is comprised from these.

本発明の画像形成装置およびそれに使用されるスペーサにおいて、第二の金属酸化物薄膜は、金属酸化物マトリックス中に金属伝導性を示す粒子が分散された構成を有する。第二の金属酸化物薄膜において、金属伝導性を示す粒子は、Au、Pt、Ag、Cr、Cuから選ばれることが好ましく、金属酸化物マトリックスはSiO、Ga、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物、Al、Taから選ばれた酸化物であることが好ましい。 In the image forming apparatus of the present invention and the spacer used therefor, the second metal oxide thin film has a configuration in which particles exhibiting metal conductivity are dispersed in a metal oxide matrix. In the second metal oxide thin film, the particles exhibiting metal conductivity are preferably selected from Au, Pt, Ag, Cr and Cu, and the metal oxide matrix is SiO 2 , Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3. Fe 2 O 3 , a composite oxide of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 , an oxide selected from Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 are preferable.

第一の金属酸化物と第三の金属酸化物は同一の酸化物であっても良く、異なる酸化物であっても良い。これらの酸化物は、Ga、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物から選ばれることが好ましい。 The first metal oxide and the third metal oxide may be the same oxide or different oxides. These oxides are preferably selected from Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 composite oxides.

スペーサのガラス基材は、電子伝導性を有するガラスであることが好ましい。   The glass substrate of the spacer is preferably glass having electron conductivity.

本発明において、「金属的な電気伝導性を示す」とは、電気伝導機構が電子伝導によるものであり、温度の上昇に伴って抵抗値が上昇する傾向にあるものを指す。すなわち、金属では自由電子による電子伝導のため、温度上昇に伴って結晶格子の格子振動が大きくなり、それによって電子伝導が阻害されるために移動度が低下する。したがって、温度上昇と共に電気伝導率が低下し、抵抗が上昇する。   In the present invention, “showing metallic electrical conductivity” means that the electrical conduction mechanism is due to electronic conduction, and the resistance value tends to increase with increasing temperature. That is, in metal, electron conduction due to free electrons causes the lattice vibration of the crystal lattice to increase as the temperature rises, thereby inhibiting the electron conduction and lowering the mobility. Therefore, the electrical conductivity decreases with increasing temperature, and the resistance increases.

また、「半導体的な電気伝導性を示す」とは、温度上昇に伴って価電子帯から導電帯に励起される電子(キャリア)の濃度が指数関数的に増加し、温度上昇に伴って低抵抗化するものを指す。   Also, “showing semiconducting electrical conductivity” means that the concentration of electrons (carriers) excited from the valence band to the conduction band increases exponentially with increasing temperature and decreases with increasing temperature. Refers to resistance.

本発明により、耐電圧特性に優れ、温度に対する抵抗変化量およびビーム偏向量が少ない高性能スペーサを有する平面型画像形成装置を提供することができた。   According to the present invention, it has been possible to provide a flat-type image forming apparatus having a high-performance spacer that is excellent in withstand voltage characteristics and has a small amount of resistance change and temperature with respect to temperature.

以下、本発明のスペーサをMIM型FEDに適用した場合について説明するが、本発明はMIM型に限定されるものではない。   Hereinafter, although the case where the spacer of the present invention is applied to the MIM type FED will be described, the present invention is not limited to the MIM type.

図1に、本実施例に係るスペーサの断面の模式図を示す。図1において、211はアノード基板、212はブラックマトリックス、114,115はスペーサ接合用ガラス材料、110はスペーサ、222は配線電極、403はスペーサ端面に形成される電極薄膜、221はカソード基板である。スペーサ110は、ガラス基材401と金属酸化物薄膜410から構成される。金属酸化物薄膜410は三層構造であるが、図1では各層を省略して示した。金属酸化物薄膜410の膜厚は20〜100nmの範囲が好ましい。図2に、MIM型FEDの斜視図を示し、図3に図2のA−A線方向における断面の一部を示す。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a cross section of a spacer according to the present embodiment. In FIG. 1, 211 is an anode substrate, 212 is a black matrix, 114 and 115 are glass materials for spacer bonding, 110 is a spacer, 222 is a wiring electrode, 403 is an electrode thin film formed on the spacer end surface, and 221 is a cathode substrate. . The spacer 110 includes a glass substrate 401 and a metal oxide thin film 410. Although the metal oxide thin film 410 has a three-layer structure, each layer is omitted in FIG. The thickness of the metal oxide thin film 410 is preferably in the range of 20 to 100 nm. 2 shows a perspective view of the MIM type FED, and FIG. 3 shows a part of a cross section in the direction of the line AA of FIG.

前面パネル210は、パネルの基材であるアノード基板211の内面側に遮光膜であるブラックマトリックス212と蛍光体層213を有している。また、背面パネル220は、パネルの基材であるカソード基板221の内面側に配線電極222とエミッタである電子源223を有している。   The front panel 210 has a black matrix 212 as a light shielding film and a phosphor layer 213 on the inner surface side of an anode substrate 211 as a base material of the panel. Further, the back panel 220 has a wiring electrode 222 and an electron source 223 that is an emitter on the inner surface side of a cathode substrate 221 that is a base material of the panel.

前面パネル210に形成されたブラックマトリックス212と背面パネル220に形成された配線電極222との間には、多数のスペーサ110が配置されている。これらのスペーサはスペーサ接合用ガラス材料114を介して前面パネルに接着され、スペーサ接合用ガラス材料115を介して背面パネルに接着されている。スペーサ接合用ガラス材料114,115には、スペーサに微小電流が流れることから、通常、導電性のものが用いられる。   A large number of spacers 110 are arranged between the black matrix 212 formed on the front panel 210 and the wiring electrodes 222 formed on the back panel 220. These spacers are bonded to the front panel via a spacer bonding glass material 114 and bonded to the rear panel via a spacer bonding glass material 115. As the spacer bonding glass materials 114 and 115, a conductive material is usually used because a minute current flows through the spacer.

アノード基板211とカソード基板221の内周縁部には封止枠230が設けられ、この封止枠はアノード基板及びカソード基板に接着剤により接着され、これによって、背面パネルと前面パネルとの間に空間部分が形成されて、この空間部分が表示領域となる。前面パネルと背面パネルの間隔は通常、3〜5mm程度であり、また、空間部分は通常、10−5〜10−7Torrの圧力の真空雰囲気に保持される。 A sealing frame 230 is provided on the inner peripheral edge of the anode substrate 211 and the cathode substrate 221, and this sealing frame is bonded to the anode substrate and the cathode substrate with an adhesive, whereby, between the back panel and the front panel. A space portion is formed, and this space portion becomes a display area. The distance between the front panel and the rear panel is usually about 3 to 5 mm, and the space is usually kept in a vacuum atmosphere at a pressure of 10 −5 to 10 −7 Torr.

このように構成されたFEDにおいて、背面パネル220と前面パネル210の間に数〜数十kV程度の加速電圧を印加すると、エミッタである電子源から電子が出射され、加速電圧によって蛍光体層213に衝突し、これを励起して所定周波数の光を前面パネル210の外部に出射する。これにより、画像が表示される。   In the FED configured as described above, when an acceleration voltage of about several to several tens of kV is applied between the back panel 220 and the front panel 210, electrons are emitted from an electron source as an emitter, and the phosphor layer 213 is generated by the acceleration voltage. Is excited to emit light having a predetermined frequency to the outside of the front panel 210. Thereby, an image is displayed.

スペーサのガラス基材表面に形成される皮膜には、エミッタである電子源から放出される電子や、アノードや他の構成部材からの反射電子や二次電子が照射される。このため、皮膜は、照射される電子による帯電を抑制し、電子線の軌道を曲げないように低抵抗であることが要求される。しかし、抵抗が低すぎると、アノード基板とカソード基板の間に印加される電圧により流れる電流の消費量が多くなり、また、熱暴走の危険性が生じやすくなる。従って、適切な抵抗値に調整する必要があり、表面抵抗を1×1010Ω/□〜1×1013Ω/□の範囲とすることが好ましい。熱暴走とは、アノード基板とカソード基板の間に流れるスペーサ電流によってスペーサが発熱して高温状態となり、それによってスペーサ自身の抵抗値が低下して更に大電流が流れて高温となり、この結果、更に抵抗が下がる現象を繰り返すことで、スペーサ自体が自己の軟化温度より高温となり、溶断する現象である。 The film formed on the glass substrate surface of the spacer is irradiated with electrons emitted from an electron source as an emitter, reflected electrons or secondary electrons from an anode or other components. For this reason, the film is required to have a low resistance so as to suppress charging due to irradiated electrons and not bend the trajectory of the electron beam. However, if the resistance is too low, the amount of current that flows due to the voltage applied between the anode substrate and the cathode substrate increases, and the risk of thermal runaway tends to occur. Therefore, it is necessary to adjust to an appropriate resistance value, and the surface resistance is preferably in the range of 1 × 10 10 Ω / □ to 1 × 10 13 Ω / □. Thermal runaway means that the spacer generates heat due to the spacer current flowing between the anode substrate and the cathode substrate, resulting in a high temperature state. As a result, the resistance value of the spacer itself decreases and a larger current flows, resulting in a higher temperature. By repeating the phenomenon that the resistance decreases, the spacer itself becomes a temperature higher than its own softening temperature and melts.

図4に、本実施例で作製したスペーサ110の断面の模式図を示す。スペーサ110は、ガラス基材401の側面に、ガラス基材側から順番に半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜411、金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412および半導体的な電気伝導性を示す第三の金属酸化物薄膜413を有する。   FIG. 4 is a schematic diagram of a cross section of the spacer 110 manufactured in this example. The spacer 110 is formed on the side surface of the glass substrate 401 in order from the glass substrate side in order of the first metal oxide thin film 411 that exhibits semiconductive electrical conductivity, and the second metal oxide thin film that exhibits metallic conductivity. 412 and a third metal oxide thin film 413 exhibiting semiconducting electrical conductivity.

ここでは、スペーサ110のガラス基材401にV−W−Mo−P−Ba−O系の電子伝導性ガラスを用いた。導電性ガラスを用いたのは、ガラス基材に電流が流れるようになるので耐電圧が高くでき、明るい画質にできると考えたからである。第一の金属酸化物薄膜411にはGa、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物を用いた。金属的伝導を示す第2の金属酸化物薄膜412には、Au、Pt、Ag、Cr、Cuからなる金属粒子をSiO、Ga、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物、Al、Ta等の酸化物マトリックス中に分散した薄膜を用いた。第三の金属酸化物薄膜413にはGa、Cr、Fe2O、FeとGaの複合酸化物を用いた。 Here, VW-Mo-P-Ba-O-based electron conductive glass was used for the glass substrate 401 of the spacer 110. The reason why the conductive glass is used is that since a current flows through the glass substrate, the withstand voltage can be increased, and a bright image quality can be obtained. For the first metal oxide thin film 411, Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , a composite oxide of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 was used. For the second metal oxide thin film 412 exhibiting metallic conduction, metal particles made of Au, Pt, Ag, Cr, Cu are made of SiO 2 , Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 2. A thin film dispersed in an oxide matrix such as a composite oxide of O 3 and Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 was used. The third metal oxide film 413 using the composite oxide of Ga 2 O 3, Cr 2 O 3, Fe2O 3, Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3.

これらの皮膜をスパッタリング法にて成膜した。本実施例では、スパッタリング法にて成膜したが、成膜の方法はスプレー法、ディップ法、ゾルゲル法、ダイス法、スピンコート法などのように溶液を介した塗布焼成方法を用いても良い。   These films were formed by sputtering. In this embodiment, the film is formed by the sputtering method. However, the film forming method may be a coating and baking method using a solution such as a spray method, a dip method, a sol-gel method, a dice method, or a spin coating method. .

本実施例で行ったスパッタリングによる成膜の方法を説明する。第一及び第三の金属酸化物薄膜の成膜は、所望の組成を有する金属酸化物の焼結体をターゲット材料として用い、rfスパッタリング法を用いて成膜した。成膜ガスには純度99.9999%の高純度Arガスに酸素を5体積%添加したAr+Oの混合ガスを用いた。電源にはrfマグネトロン電源を用い、金属酸化物焼結体ターゲットに対して700W程度の高電圧を印加した。成膜前の成膜室内の真空圧力は4.0×10Paとした。 A film formation method by sputtering performed in this embodiment will be described. The first and third metal oxide thin films were formed by rf sputtering using a sintered metal oxide having a desired composition as a target material. As a film forming gas, a mixed gas of Ar + O 2 obtained by adding 5% by volume of oxygen to high purity Ar gas having a purity of 99.9999% was used. An rf magnetron power source was used as the power source, and a high voltage of about 700 W was applied to the sintered metal oxide target. The vacuum pressure in the film formation chamber before film formation was 4.0 × 10 5 Pa.

第二の金属酸化物薄膜の成膜は、Au、Pt、Ag、Cr、Cuなどの10mm角の金属チップを、SiO、Ga、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物、Al、Ta等の金属酸化物よりなる焼結体ターゲットのエロージョン領域上に所望の皮膜組成となるように搭載して成膜を行った。成膜ガスには純度99.9999%の高純度Arガスを用いた。電源にはrfマグネトロン電源を用い、金属酸化物焼結体ターゲットに対して700W程度の高電圧を印加した。成膜前の成膜室内の真空圧力は4.0×10Paとした。 The second metal oxide thin film is formed by using a 10 mm square metal chip such as Au, Pt, Ag, Cr, or Cu, SiO 2 , Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 2. A film is mounted on the erosion region of a sintered body target made of a metal oxide such as a composite oxide of O 3 and Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , or Ta 2 O 5 to have a desired film composition. Went. A high purity Ar gas having a purity of 99.9999% was used as the film forming gas. An rf magnetron power source was used as the power source, and a high voltage of about 700 W was applied to the sintered metal oxide target. The vacuum pressure in the film formation chamber before film formation was 4.0 × 10 5 Pa.

なお、第一、第二、第三の薄膜を形成するために用いた金属酸化物焼結体ターゲットのサイズは152.4mmφ×5mmtである。   In addition, the size of the metal oxide sintered compact target used in order to form a 1st, 2nd, 3rd thin film is 152.4 mmphi * 5mmt.

成膜後の組成を分析するために、ポリイミドフィルム上に皮膜を約200nmの厚さに形成し、ICP分光分析法を用いて組成分析を行った。   In order to analyze the composition after film formation, a film was formed on a polyimide film to a thickness of about 200 nm, and composition analysis was performed using ICP spectroscopy.

V−W−Mo−P−Ba−O系電子伝導性ガラス基材に、皮膜材料を上記のスパッタリング条件で20〜50nmの厚さに形成した。ガラス基材のサイズは110mm×3mm×0.15mmとし、110mm×3mmの部分に成膜を行った。皮膜のスパッタレートは組成によって異なるので、各組成ごとにレートを計算しながら成膜した。片面の成膜終了後に一旦、試料を大気中に取り出し、上下面を入れ替えた後に裏面の成膜を行った。このようにしてスペーサの両面に同条件の成膜を行った。   A coating material was formed on a VW-Mo-P-Ba-O-based electron conductive glass substrate to a thickness of 20 to 50 nm under the above sputtering conditions. The size of the glass substrate was 110 mm × 3 mm × 0.15 mm, and a film was formed on a 110 mm × 3 mm portion. Since the sputtering rate of the film differs depending on the composition, the film was formed while calculating the rate for each composition. After the film formation on one side was completed, the sample was once taken out into the atmosphere, and after the upper and lower surfaces were switched, film formation on the back surface was performed. In this way, film formation under the same conditions was performed on both surfaces of the spacer.

成膜完了後、アノード基板、カソード基板との接合部分となるスペーサの両端面(110×0.15mm部分)に金属膜としてCrを約100nmの厚さに形成した。   After the film formation was completed, Cr was formed to a thickness of about 100 nm as a metal film on both end faces (110 × 0.15 mm portions) of the spacers that are to be joined to the anode substrate and the cathode substrate.

比較例として、図5〜8に示す薄膜構造を有するスペーサを作製した。図5は、スペーサ基材上に半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜411を一層形成した例である。図6はスペーサ基材上に金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412を一層形成した例である。図7はスペーサ基材上にまず半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜411を形成したのち、金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412を形成して二層構造とした例である。さらに図8はスペーサ基材上にまず金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412を形成したのち、半導体的な電気伝導性を示す第三の金属酸化物薄膜413を形成して二層構造とした例である。   As a comparative example, a spacer having a thin film structure shown in FIGS. FIG. 5 shows an example in which a first metal oxide thin film 411 having semiconducting electrical conductivity is formed on a spacer base material. FIG. 6 shows an example in which a second metal oxide thin film 412 having metallic conductivity is formed on a spacer base material. In FIG. 7, a first metal oxide thin film 411 showing semiconducting electrical conductivity is first formed on a spacer substrate, and then a second metal oxide thin film 412 showing metallic conductivity is formed. This is an example of a layer structure. Further, in FIG. 8, a second metal oxide thin film 412 showing metallic conductivity is first formed on a spacer base material, and then a third metal oxide thin film 413 showing semiconductor electric conductivity is formed. This is an example of a two-layer structure.

図4〜8に示す構造を有するスペーサを用いて図2に示すFEDパネルを作製し、パネルのエミッション劣化、ビーム偏向、ビーム偏向の温度依存性、耐電圧及び経時劣化を評価した。表1にスペーサの評価結果を示す。表1中で、複合酸化物は例えばFe−Gaのように記載している。 The FED panel shown in FIG. 2 was manufactured using the spacer having the structure shown in FIGS. 4 to 8, and the panel's emission deterioration, beam deflection, temperature dependency of the beam deflection, withstand voltage, and deterioration with time were evaluated. Table 1 shows the evaluation results of the spacers. In Table 1, the complex oxide is described as, for example, Fe 2 O 3 —Ga 2 O 3 .

Figure 2008217994
Figure 2008217994

表1において、エミッション劣化は、スペーサが形成されたゲート電極の直近にある一行目に配列したエミッタにおけるエミッション電流値と、スペーサから20行離れたエミッタからのエミッション電流値の差を、スペーサから20行離れたエミッタからのエミッション電流値でノーマライズした値ΔIeを評価した。ΔIeの計算式を式1に示す。   In Table 1, the emission deterioration is the difference between the emission current value at the emitter arranged in the first row adjacent to the gate electrode on which the spacer is formed and the emission current value from the emitter 20 rows away from the spacer. A value ΔIe normalized with the emission current value from the emitters away from each other was evaluated. Formula 1 shows the calculation formula for ΔIe.

Figure 2008217994
Figure 2008217994

式1において、Ie(20)はスペーサから20行離れたエミッタからのエミッション電流値であり、Ie(1)は、スペーサが形成されたゲート電極の直近にある一行目に配列したエミッタにおけるエミッション電流値である。 In Equation 1, Ie (20) is an emission current value from the emitter 20 rows away from the spacer, and Ie (1) is an emission current in the emitter arranged in the first row immediately adjacent to the gate electrode on which the spacer is formed. Value.

また、ビーム偏向量は、ビーム偏向のずれ量を拡大鏡にて定量的に評価し、ずれ量の数値を記載した。ビーム偏向量が20μm以下の場合には、人間の目には、ずれによる黒い帯は観測されないので好ましい。   As for the beam deflection amount, the deviation amount of the beam deflection was quantitatively evaluated with a magnifying glass, and a numerical value of the deviation amount was described. A beam deflection amount of 20 μm or less is preferable because a black band due to deviation is not observed in human eyes.

ビーム偏向は、スペーサの電気抵抗値が高く、且つ、二次電子放出係数が1より大きい場合或いは小さい場合に、正電荷や負電荷がスペーサ表面に蓄積され、この表面に蓄積された電荷にエミッション電流が例えば正電荷の場合には吸引され、負電荷の場合には反発されて、エミッタの直上に形成されたアノード基板上の蛍光体の中心からずれた位置に電子線が照射されて生じる現象である。ビーム偏向が生じると、蛍光体が発光しない領域が生成するため、スペーサに沿ってライン状の黒い帯が観測されるようになるので好ましくない。   In beam deflection, when the electrical resistance value of the spacer is high and the secondary electron emission coefficient is larger or smaller than 1, positive charges and negative charges are accumulated on the spacer surface, and the charges accumulated on this surface are emitted. A phenomenon that occurs when an electron beam is irradiated to a position deviated from the center of the phosphor on the anode substrate formed immediately above the emitter, which is attracted when the current is positive, for example, and repelled when it is negative. It is. When beam deflection occurs, a region in which the phosphor does not emit light is generated, and therefore, a line-shaped black band is observed along the spacer, which is not preferable.

また、ビーム偏向の温度依存性は、スペーサの抵抗の温度依存性によるものであり、アノード基板とカソード基板の温度差に応じて生じるものである。アノード基板とカソード基板の温度差が1℃あたりのビーム偏向量が1μm以下であれば、アノードとカソードの温度差が20℃の場合でも20μm以下となり好ましい。表1では、アノードとカソードの温度差が1℃あたりのビーム偏向量を示した。なお、アノードとカソードの温度は赤外線放射温度計を用いて測定した。また、カソードの温度を25℃で一定とし、アノードの温度を温風器で上昇させることで温度差を形成して測定を行った。   Further, the temperature dependence of the beam deflection is due to the temperature dependence of the resistance of the spacer, and occurs depending on the temperature difference between the anode substrate and the cathode substrate. If the temperature difference between the anode substrate and the cathode substrate is 1 μm or less per 1 ° C., the temperature difference between the anode and the cathode is preferably 20 μm or less even when the temperature difference between the anode and the cathode is 20 ° C. In Table 1, the temperature difference between the anode and the cathode indicates the beam deflection amount per 1 ° C. The temperature of the anode and cathode was measured using an infrared radiation thermometer. Further, the temperature of the cathode was kept constant at 25 ° C., and the temperature of the anode was raised with a hot air heater to form a temperature difference, and measurement was performed.

耐電圧は、作製したパネルのアノードとカソードに4kV〜10kVの電圧を印加し、スペーサ部分にスパークやスペーサの熱暴走などの欠陥が生じ始める電圧を示した。実用的には、耐電圧は10kV以上であることが好ましい。   With respect to the withstand voltage, a voltage of 4 kV to 10 kV was applied to the anode and the cathode of the manufactured panel, and a voltage at which a defect such as a spark or a thermal runaway of the spacer began to occur was shown. Practically, the withstand voltage is preferably 10 kV or more.

経時劣化は、2万時間の連続点灯実験を行い、上記のようなエミッション劣化、ビーム偏向、スパーク、熱暴走などが生じなかった場合を○、これらの不具合が経時的に生じ、上記の指標よりも悪化した場合を×として標記した。   Deterioration with time is 20,000 hours of continuous lighting experiment. If the above-mentioned emission deterioration, beam deflection, spark, thermal runaway, etc. did not occur, these problems occurred over time. When it worsened, it marked as x.

以上の結果を、図16にまとめて示す。表1及び図16に示すように、第一、第二、第三の薄膜を順次形成したスペーサでは、エミッション劣化、ビーム偏向、ビーム偏向の温度依存性、耐電圧、経時劣化のすべての項目において優れた特性を有していることが分かった。図5に示す比較例では、金属伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜が形成されていないため、ビーム偏向の温度依存性が好ましくなかった。図6及び図7の比較例では、金属的な電気伝導性を示す第二の薄膜のマトリックスに絶縁体であるSiOを使用しているためかビーム偏向、耐電圧が好ましくなかった。なお、このマトリックスを絶縁体から半導体酸化物に変えた場合には経時劣化が生じ、抵抗の低下により熱暴走を生じやすかった。 The above results are summarized in FIG. As shown in Table 1 and FIG. 16, in the spacer in which the first, second, and third thin films are sequentially formed, in all items of emission deterioration, beam deflection, beam deflection temperature dependency, withstand voltage, and aging deterioration. It was found to have excellent characteristics. In the comparative example shown in FIG. 5, since the second metal oxide thin film showing the metal conductivity is not formed, the temperature dependence of the beam deflection is not preferable. In the comparative examples of FIGS. 6 and 7, the beam deflection and the withstand voltage are not preferable because SiO 2 which is an insulator is used for the matrix of the second thin film exhibiting metallic electrical conductivity. When this matrix was changed from an insulator to a semiconductor oxide, deterioration with time occurred and thermal runaway was likely to occur due to a decrease in resistance.

ガラス基材上に第二の金属酸化物薄膜と第三の金属酸化物薄膜を順次形成した図8に示すスペーサでは、耐電圧が良好でなかった。   In the spacer shown in FIG. 8 in which the second metal oxide thin film and the third metal oxide thin film were sequentially formed on the glass substrate, the withstand voltage was not good.

耐電圧が良好でなかった図6〜8に示すスペーサを試験後、取り出して透過型電子顕微鏡観察したところ、金属伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜中に分散された金属粒子がガラス基材表面に拡散する現象、或いは、ガラス基材表面に金属粒子のマイグレーションによる偏析が観察された。これは、パネル作製時の加熱プロセスによって生じたものと思われる。この偏析のために低抵抗化し、高電圧の印加で電流が流れすぎるために熱暴走を生じるものと考えられる。   The spacers shown in FIGS. 6 to 8 having poor withstand voltage were taken out and examined with a transmission electron microscope. The metal particles dispersed in the second metal oxide thin film exhibiting metal conductivity were found to be glass-based. A phenomenon of diffusion on the surface of the material or segregation due to migration of metal particles on the surface of the glass substrate was observed. This is considered to be caused by the heating process at the time of producing the panel. It is considered that the resistance is lowered due to this segregation, and the thermal runaway occurs because the current flows too much when a high voltage is applied.

図4に示す本発明のスペーサでは、金属ナノ粒子を含有した酸化物薄膜よりなる第二層の表裏に半導体薄膜が存在する。このため、パネル作製時の加熱によって金属粒子のマイグレーションが生じ、金属ナノ粒子が半導体薄膜中に拡散したとしても、第一及び第三の層によって表面やガラス基板界面上に析出することがない。従って、偏析による熱暴走などを引き起こさない。さらに、金属的伝導を示す薄膜が最表面に露出していないので、SiOなどの絶縁体を用いた場合にも電子ビームが直接当たって帯電することがないため好ましい。 In the spacer of the present invention shown in FIG. 4, semiconductor thin films exist on the front and back of the second layer made of an oxide thin film containing metal nanoparticles. For this reason, even when metal particles migrate due to heating during panel manufacture and the metal nanoparticles diffuse into the semiconductor thin film, they are not deposited on the surface or the glass substrate interface by the first and third layers. Therefore, thermal runaway due to segregation is not caused. Furthermore, since a thin film exhibiting metallic conduction is not exposed on the outermost surface, it is preferable that an insulator such as SiO 2 is not directly charged and charged.

図9に、金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412の一例として作製したAu−SiO薄膜の断面を透過型電子顕微鏡で観察した際の断面ナノ構造の模式図を示す。透過型電子顕微鏡には(株)日立製作所製の透過型電子顕微鏡HF−2000を用いた。加速電圧は200kVとした。また、試料の作製にはFIB法(Focused Ion Beam法)を用いた。第二の金属酸化物薄膜412は、Au粒子4121とSiOマトリックス4122から構成されている。本実施例において、ICPで分析した組成は50Au−50SiO(mol%)であった。 FIG. 9 shows a schematic diagram of a cross-sectional nanostructure when a cross section of an Au—SiO 2 thin film produced as an example of the second metal oxide thin film 412 showing metallic conductivity is observed with a transmission electron microscope. A transmission electron microscope HF-2000 manufactured by Hitachi, Ltd. was used as the transmission electron microscope. The acceleration voltage was 200 kV. Further, the FIB method (Focused Ion Beam method) was used for the preparation of the sample. The second metal oxide thin film 412 is composed of Au particles 4121 and a SiO 2 matrix 4122. In this embodiment, the composition was analyzed by ICP was 50Au-50SiO 2 (mol%) .

図9の模式図のように、AuはSiOマトリックス中にナノ粒子として分散していることが観察された。本実施例では、Auナノ粒子の粒径は約10nm程度であった。また別な薄膜として50Au−50(70Ga−30Fe)(mol%)薄膜を形成したところ、Auの粒子系は2nm程度と非常に微細な粒子であることが分かった。なお、金属粒子としてPt、Ag、Cr、Cuを用いた場合や、酸化物マトリックスとして50Au−50(70Ga−30Fe)、Al、Ta、Ga、Feなどを用いた場合にも、Au−SiO薄膜と同様にナノ粒子が観測された。 As shown in the schematic diagram of FIG. 9, it was observed that Au was dispersed as nanoparticles in the SiO 2 matrix. In this example, the particle size of the Au nanoparticles was about 10 nm. Further, when forming the 50Au-50 (70Ga 2 O 3 -30Fe 2 O 3) (mol%) film as a separate thin film, particle system of Au was found to be very fine particles and about 2 nm. In addition, or in the case of using Pt, Ag, Cr, Cu as the metal particles, 50Au-50 (70Ga 2 O 3 -30Fe 2 O 3) as an oxide matrix, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, Ga 2 O 3 , Fe 2 O 3, etc., nanoparticles were observed in the same manner as the Au—SiO 2 thin film.

以上より、金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412の電気伝導は金属ナノ粒子中の金属伝導と、酸化物マトリックス層の伝導により支配されているものと考えられる。酸化物マトリックス層の材料としてSiO、Al、Ta等のように抵抗が1014Ωcm程度と高い材料を用いた場合には、粒子間をホッピング伝導すると考えられる。また、酸化物マトリックス層の抵抗が半導体的である場合には、このマトリックス中のホッピング伝導などの伝導機構により電気的伝導がなされるものと考えられる。 From the above, it is considered that the electric conduction of the second metal oxide thin film 412 exhibiting metallic conductivity is governed by the metal conduction in the metal nanoparticles and the conduction of the oxide matrix layer. When a material having a high resistance of about 10 14 Ωcm such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 or the like is used as the material of the oxide matrix layer, it is considered that hopping conduction occurs between particles. Further, when the resistance of the oxide matrix layer is semiconducting, it is considered that electrical conduction is performed by a conduction mechanism such as hopping conduction in the matrix.

作製した金属的な伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412について、電気抵抗の温度依存性を評価した。図10に、本測定のために用いたスペーサ試料の形状の模式図を示す。ガラス基材401の側面部に金属的伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜412を形成し、端面部に電極薄膜403として金属クロムを100nm形成した。この電極薄膜間に約500Vの高電圧を印加して体積抵抗を測定した。試料のサイズは高さ3mm、幅0.110mm、長さ10mmとした。この試料を高電圧印加用の電極に挟み、全体を125℃まで加熱可能な恒温層中に保持し、その温度を変化させながら各温度における体積抵抗値を測定した。測定はまず125℃まで試料を昇温したのち、降温過程において抵抗を測定した。測定に用いた試料は、V−W−Mo−P−Ba−O系電子伝導性ガラスよりなるガラス基材の側面に50Au−50SiO(mol%)薄膜を20nm、50nm、100nmの厚さで形成したものである。 About the produced 2nd metal oxide thin film 412 which shows metallic conductivity, the temperature dependence of electrical resistance was evaluated. FIG. 10 shows a schematic diagram of the shape of the spacer sample used for this measurement. A second metal oxide thin film 412 exhibiting metallic conductivity was formed on the side surface of the glass substrate 401, and 100 nm of metal chromium was formed as an electrode thin film 403 on the end surface. Volume resistance was measured by applying a high voltage of about 500 V between the electrode thin films. The sample size was 3 mm in height, 0.110 mm in width, and 10 mm in length. This sample was sandwiched between electrodes for applying a high voltage, and the whole was held in a thermostatic layer capable of being heated to 125 ° C., and the volume resistance value at each temperature was measured while changing the temperature. First, the temperature of the sample was raised to 125 ° C., and the resistance was measured in the temperature lowering process. The sample used for the measurement was a 50 Au-50 SiO 2 (mol%) thin film on the side surface of a glass substrate made of VW-Mo-P-Ba-O-based electron conductive glass with a thickness of 20 nm, 50 nm, and 100 nm. Formed.

図11に、測定した試料の体積抵抗率の温度変化を示す。比較例として薄膜を形成しないガラス基材単体の体積抵抗率の温度変化を示す。Au−SiO薄膜を形成した薄膜では、体積抵抗値の温度変化が小さく、室温付近ではほぼ一定になっていることが分かる。一方、はく膜を形成しない比較例では、室温付近まで抵抗の温度変化が非常に大きかった。 FIG. 11 shows the temperature change of the volume resistivity of the measured sample. The temperature change of the volume resistivity of the glass substrate simple substance which does not form a thin film as a comparative example is shown. It can be seen that in the thin film on which the Au—SiO 2 thin film is formed, the temperature change of the volume resistance value is small and almost constant at room temperature. On the other hand, in the comparative example in which no film was formed, the temperature change of the resistance was very large up to around room temperature.

図12に、Au−SiO薄膜を50nm形成した試料の抵抗温度係数(α(%/℃))の温度変化を示す。また、比較例として薄膜を形成しない試料の抵抗温度係数を示す。抵抗温度係数は式2を用いて計算した。 FIG. 12 shows the temperature change of the resistance temperature coefficient (α (% / ° C.)) of a sample in which an Au—SiO 2 thin film is formed to 50 nm. Moreover, the resistance temperature coefficient of the sample which does not form a thin film as a comparative example is shown. The temperature coefficient of resistance was calculated using Equation 2.

Figure 2008217994
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式2において、Rは温度Tにおける体積抵抗率、Rは室温(T)における体積抵抗率である。本測定では室温Tを25℃とした。比較例の25℃〜40℃における抵抗温度係数は約−3.3%/℃であったが、実施例では−1.57%/℃程度と大幅に改善できていた。 In Equation 2, R is the volume resistivity at temperature T, and R 0 is the volume resistivity at room temperature (T 0 ). In this measurement was room temperature T 0 and 25 ° C.. The temperature coefficient of resistance at 25 ° C. to 40 ° C. in the comparative example was about −3.3% / ° C., but in the example, it was greatly improved to about −1.57% / ° C.

抵抗温度係数の絶対値が2以内の値であれば、温度が1℃変化した際の偏向量の変化が1μm以下になることが分かった。この場合、アノードとカソードの温度差が20℃以上となった場合に、偏向量が20μmを超えるので、画面上にスペーサの影が見られることになるが、これ以下の値であればアノードとカソードの温度差が20℃のときでも偏向量が20μm以下となるため好ましい。   It was found that when the absolute value of the resistance temperature coefficient is a value within 2, the change in deflection amount when the temperature changes by 1 ° C. is 1 μm or less. In this case, when the temperature difference between the anode and the cathode is 20 ° C. or more, the deflection amount exceeds 20 μm, so that a shadow of the spacer is seen on the screen. Even when the temperature difference of the cathode is 20 ° C., the deflection amount is preferably 20 μm or less, which is preferable.

Au−SiO薄膜を形成した場合の抵抗温度係数改善のメカニズムを、図13を用いて説明する。 The mechanism for improving the temperature coefficient of resistance when an Au—SiO 2 thin film is formed will be described with reference to FIG.

図13は、電子伝導性ガラスよりなるスペーサ基板と金属的伝導性薄膜について、体積抵抗率の温度変化を示している。金属的伝導性を示す薄膜の体積抵抗率は、室温付近ではほとんど変化せず、電子伝導性ガラススペーサの体積抵抗率は室温から90℃で約2桁低下する。   FIG. 13 shows the temperature change of the volume resistivity for the spacer substrate made of electron conductive glass and the metallic conductive thin film. The volume resistivity of the thin film exhibiting metallic conductivity hardly changes near room temperature, and the volume resistivity of the electron conductive glass spacer decreases by about two orders of magnitude from room temperature to 90 ° C.

今、室温における電子伝導性ガラススペーサの体積抵抗率を10Ωcmとし、金属伝導性薄膜の体積抵抗率を10Ωcmとすると、スペーサトータルの体積抵抗率は、一般に抵抗はほぼ低い方の体積抵抗率で決まるため、金属伝導性薄膜の体積抵抗率と同等になる。従って、スペーサトータルの体積抵抗率は、電子伝導性ガラススペーサの体積抵抗率が金属伝導性薄膜の体積抵抗率と同等になる温度まで、ほぼ金属伝導性薄膜と等しくなる。よって、室温付近では非常に低い抵抗温度係数を得ることが出来る。 Now, assuming that the volume resistivity of the electron conductive glass spacer at room temperature is 10 9 Ωcm and the volume resistivity of the metal conductive thin film is 10 8 Ωcm, the total volume resistivity of the spacer is generally the volume with the lower resistance. Since it is determined by the resistivity, it is equivalent to the volume resistivity of the metal conductive thin film. Therefore, the total volume resistivity of the spacer is substantially equal to the metal conductive thin film up to a temperature at which the volume resistivity of the electron conductive glass spacer is equal to the volume resistivity of the metal conductive thin film. Therefore, a very low resistance temperature coefficient can be obtained near room temperature.

一方、温度が上昇し、電子伝導性ガラススペーサ基板の体積抵抗率が金属伝導性薄膜の体積抵抗率を下回ると、スペーサトータルの体積抵抗率は電子伝導性ガラススペーサ基板の体積抵抗率に近くなる。従って、抵抗温度係数は大きくなると考えられる。   On the other hand, when the temperature rises and the volume resistivity of the electron conductive glass spacer substrate falls below the volume resistivity of the metal conductive thin film, the total volume resistivity of the spacer becomes close to the volume resistivity of the electron conductive glass spacer substrate. . Therefore, it is considered that the resistance temperature coefficient increases.

以上より、薄膜の良好な抵抗の温度変化を正味のスペーサ抵抗の温度変化として利用するためには、パネルの動作温度域において薄膜の電気抵抗がスペーサ基材の抵抗以下であることが必要である。すなわち、薄膜の電気抵抗をRf、ガラス基材の電気抵抗をRsとすると、Rf≦Rsの関係が成り立つことが好ましい。   From the above, in order to use the temperature change of the good resistance of the thin film as the temperature change of the net spacer resistance, it is necessary that the electric resistance of the thin film is not more than the resistance of the spacer base material in the operating temperature range of the panel. . That is, when the electrical resistance of the thin film is Rf and the electrical resistance of the glass substrate is Rs, it is preferable that the relationship of Rf ≦ Rs is satisfied.

一方、薄膜の電気抵抗Rfを低下させていくと、抵抗の温度変化を小さく出来るという点では利点があるが、スペーサ基材の抵抗Rsに比べて抵抗値を小さくしすぎると、スペーサに印加される電圧によってスペーサ内部に流れる電流が薄膜に集中し、薄膜を破壊して絶縁破壊を生じる恐れがある。そこで、薄膜の抵抗値Rfに対して絶縁破壊電圧をプロットし、最適な抵抗値を求めた。   On the other hand, reducing the electrical resistance Rf of the thin film has an advantage in that the temperature change of the resistance can be reduced, but if the resistance value is made too small compared to the resistance Rs of the spacer base material, it is applied to the spacer. The current flowing inside the spacer is concentrated on the thin film due to the applied voltage, and the thin film may be broken to cause dielectric breakdown. Therefore, the dielectric breakdown voltage was plotted against the resistance value Rf of the thin film, and the optimum resistance value was obtained.

図14に、基材の抵抗Rsと薄膜の抵抗の比Rfに対する絶縁破壊電圧をプロットした。本実施例では、薄膜中に含有されるAu量、膜厚などを調整して抵抗値の異なる薄膜を作製した。測定はこのスペーサに高電圧を印加し、絶縁破壊が生じる電圧をプロットした。測定点は5本のサンプルに対して行い、絶縁破壊が生じる電圧の平均値をプロットした。   FIG. 14 plots the breakdown voltage against the ratio Rf of the resistance Rs of the substrate and the resistance of the thin film. In this example, thin films having different resistance values were prepared by adjusting the amount of Au and the film thickness contained in the thin film. In the measurement, a high voltage was applied to the spacer, and the voltage at which dielectric breakdown occurred was plotted. The measurement points were measured on five samples, and the average value of the voltage at which dielectric breakdown occurred was plotted.

RfとRsの各抵抗は以下のようにして求めた。まず薄膜を形成しない状態でRsを測定した。次に、基材両端に薄膜を形成して図4に示すようなスペーサを作製した。その後、スペーサ全体の体積抵抗Rtを測定し、図15に示すような等価回路により、薄膜の抵抗値Rfを求めた。   Each resistance of Rf and Rs was calculated | required as follows. First, Rs was measured without forming a thin film. Next, a thin film was formed on both ends of the substrate to produce a spacer as shown in FIG. Thereafter, the volume resistance Rt of the entire spacer was measured, and the resistance value Rf of the thin film was obtained by an equivalent circuit as shown in FIG.

Rt、Rf、Rsの関係は式3、式4、式5のようになる。故に式6によりRfが求まる。   The relationship between Rt, Rf, and Rs is as shown in Equation 3, Equation 4, and Equation 5. Therefore, Rf is obtained from Equation 6.

Figure 2008217994
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図14より、Rfが小さいほど絶縁破壊電圧が低くなり、Rfが大きいと絶縁破壊が生じないという関係になっていた。今、通常の画像再生時に印加される電圧を10Vとすると、この10V以上の印加電圧で絶縁破壊を生じるときのRf/Rsは0.01以上であることが分かった。このことより、薄膜の電気抵抗Rfは0.01Rs≦Rfであることが好ましい。   From FIG. 14, the smaller the Rf is, the lower the dielectric breakdown voltage is. When the Rf is large, the dielectric breakdown does not occur. Now, assuming that the voltage applied during normal image reproduction is 10 V, it was found that Rf / Rs when dielectric breakdown occurs at an applied voltage of 10 V or higher is 0.01 or higher. Therefore, the electrical resistance Rf of the thin film is preferably 0.01Rs ≦ Rf.

また、以上のRf≦Rs、0.01Rs≦Rfの2式より、薄膜の電気抵抗と基材の電気抵抗との関係は0.01Rs≦Rf≦Rsが好ましいことが分かった。   Further, from the above two formulas of Rf ≦ Rs and 0.01Rs ≦ Rf, it was found that the relationship between the electric resistance of the thin film and the electric resistance of the substrate is preferably 0.01Rs ≦ Rf ≦ Rs.

本発明によるスペーサの構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the spacer by this invention. MIM型FEDの外観を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the external appearance of the MIM type | mold FED. 図2のA−A線方向の一部分を示した断面図である。It is sectional drawing which showed a part of the AA line direction of FIG. 本発明の実施例によるスペーサの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the spacer by the Example of this invention. 比較例として示したスペーサの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the spacer shown as a comparative example. 他の比較例として示したスペーサの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the spacer shown as another comparative example. 別の比較例によるスペーサの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the spacer by another comparative example. 他の比較例によるスペーサの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the spacer by another comparative example. 金属粒子を分散した金属酸化物薄膜の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the metal oxide thin film which disperse | distributed the metal particle. 表面に酸化物薄膜を形成したスペーサの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the spacer which formed the oxide thin film on the surface. 体積抵抗率の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of volume resistivity. 抵抗温度係数の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of a resistance temperature coefficient. 電子伝導性ガラススペーサ基板と金属的伝導性薄膜の体積抵抗率の温度変化を示した図である。It is the figure which showed the temperature change of the volume resistivity of an electronic conductive glass spacer board | substrate and a metallic conductive thin film. 基材の抵抗Rsと薄膜の抵抗の比Rfに対する絶縁破壊電圧を示す図である。It is a figure which shows the dielectric breakdown voltage with respect to ratio Rf of resistance Rs of a base material, and resistance of a thin film. 薄膜を形成したスペーサの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the spacer which formed the thin film. 実施例と比較例の特性比較図である。It is a characteristic comparison figure of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

110…スペーサ、114…スペーサ接合用ガラス材料、115…スペーサ接合用ガラス材料、210…前面パネル、211…アノード基板、212…ブラックマトリックス、213…蛍光体層、220…背面パネル、221…カソード基板、222…配線電極、230…封止枠、401…ガラス基材、410…金属酸化物薄膜、411…第一の金属酸化物薄膜、412…第二の金属酸化物薄膜、413…第三の金属酸化物薄膜、4121…Au粒子、4122…SiOマトリックス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Spacer, 114 ... Spacer bonding glass material, 115 ... Spacer bonding glass material, 210 ... Front panel, 211 ... Anode substrate, 212 ... Black matrix, 213 ... Phosphor layer, 220 ... Back panel, 221 ... Cathode substrate 222 ... wiring electrode, 230 ... sealing frame, 401 ... glass substrate, 410 ... metal oxide thin film, 411 ... first metal oxide thin film, 412 ... second metal oxide thin film, 413 ... third Metal oxide thin film, 4121... Au particles, 4122... SiO 2 matrix.

Claims (10)

電子源を備えたカソード基板と、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード基板と、前記カソード基板と前記アノード基板の間に配置され両基板を支持するスペーサを具備する平面型画像形成装置において、前記スペーサが、ガラス基材と、その側面に直接形成された半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された金属的な電気伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された半導体的な電気伝導性を示す第三の金属酸化物薄膜とから構成されていることを特徴とする平面型画像形成装置。   A cathode substrate having an electron source; an anode substrate having a phosphor that emits light upon receiving electrons emitted from the electron source; and a spacer that is disposed between the cathode substrate and the anode substrate and supports both substrates. In the planar image forming apparatus provided, the spacer includes a glass substrate, a first metal oxide thin film having a semiconducting electrical conductivity directly formed on a side surface thereof, and a metallic material formed on the outside thereof. A flat image characterized by comprising a second metal oxide thin film exhibiting excellent electrical conductivity and a third metal oxide thin film exhibiting semiconducting electrical conductivity formed on the outside thereof Forming equipment. 前記第二の金属酸化物薄膜が、金属酸化物マトリックス中に金属伝導性を示す粒子が分散された構成を有することを特徴とする請求項1に記載の平面型画像形成装置。   The flat image forming apparatus according to claim 1, wherein the second metal oxide thin film has a configuration in which particles exhibiting metal conductivity are dispersed in a metal oxide matrix. 前記金属伝導性を示す粒子がAu、Pt、Ag、Cr、Cuから選ばれた金属粒子であり、前記金属酸化物マトリックスがSiO、Ga、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物、Al、Taから選ばれた酸化物であることを特徴とする請求項2に記載の平面型画像形成装置。 The particles exhibiting metal conductivity are metal particles selected from Au, Pt, Ag, Cr, Cu, and the metal oxide matrix is SiO 2 , Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , The flat image forming apparatus according to claim 2, wherein the image forming apparatus is an oxide selected from a complex oxide of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , and Ta 2 O 5 . 前記第一の金属酸化物と前記第三の金属酸化物の少なくとも一方がGa、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物から選ばれた酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の平面型画像表形成装置。 At least one of the first metal oxide and the third metal oxide is selected from a composite oxide of Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3. 2. The flat image table forming apparatus according to claim 1, wherein the flat image table forming apparatus is an oxide. 前記ガラス基材が電子伝導性を有するガラスであることを特徴とする請求項1に記載の平面型画像形成装置。   The flat image forming apparatus according to claim 1, wherein the glass substrate is glass having electron conductivity. 平面型画像形成装置の背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサであって、ガラス基材と、その側面に直接形成された半導体的な電気伝導性を示す第一の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された金属的な電気伝導性を示す第二の金属酸化物薄膜と、その外側に形成された半導体的な電気伝導性を示す第三の金属酸化物薄膜とから構成されていることを特徴とする平面型画像表示装置用スペーサ。   A spacer disposed between a back panel and a front panel of a flat-type image forming apparatus, a glass substrate, and a first metal oxide thin film having semiconducting electrical conductivity directly formed on the side surface thereof A second metal oxide thin film formed on the outside and showing a metallic electrical conductivity, and a third metal oxide thin film formed on the outside and showing a semiconductive electrical conductivity. A spacer for a flat-type image display device. 前記第二の金属酸化物薄膜が、金属酸化物マトリックス中に金属伝導性を示す粒子が分散された構成を有することを特徴とする請求項6に記載の平面型画像形成装置用スペーサ。   The planar image forming apparatus spacer according to claim 6, wherein the second metal oxide thin film has a configuration in which particles exhibiting metal conductivity are dispersed in a metal oxide matrix. 前記金属伝導性を示す粒子がAu、Pt、Ag、Cr、Cuから選ばれた金属粒子であり、前記金属酸化物マトリックスがSiO、Ga、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物、Al、Taから選ばれた酸化物であることを特徴とする請求項7に記載の平面型画像形成装置用スペーサ。 The particles exhibiting metal conductivity are metal particles selected from Au, Pt, Ag, Cr, Cu, and the metal oxide matrix is SiO 2 , Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , The spacer for a flat type image forming apparatus according to claim 7, wherein the spacer is a composite oxide of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 , an oxide selected from Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 . 前記第一の金属酸化物と前記第三の金属酸化物の少なくとも一方がGa、Cr、Fe、FeとGaの複合酸化物から選ばれた酸化物であることを特徴とする請求項6に記載の平面型画像表形成装置用スペーサ。 At least one of the first metal oxide and the third metal oxide is selected from a composite oxide of Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3. The spacer for a flat type image table forming apparatus according to claim 6, wherein the spacer is an oxide. 前記ガラス基材が電子伝導性を有するガラスであることを特徴とする請求項6に記載の平面型画像形成装置用スペーサ。   The planar image forming apparatus spacer according to claim 6, wherein the glass substrate is glass having electron conductivity.
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