JP3656411B2 - 立体グリッド付蛍光表示管の電極構造及び製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカーオーディオ、ＶＴＲ、計測器等のディスプレイとして、表示パターンをなす各セグメントの蛍光体層を取り囲むように形成された立体グリッドを用いた立体グリッド付蛍光表示管の電極構造及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の立体グリッド付蛍光表示管の一構成例を示す図、図３は同表示管の電極構造の部分拡大断面図である。
図２に示すように、立体グリッド付蛍光表示管１は、内部が高真空状態に気密保持された箱状の外囲器２を有している。外囲器２は、絶縁性を有する陽極基板３と、絶縁性及び透光性を有する平面板（前面板）４と絶縁性を有する枠状の側面板５とにより形成された蓋状の容器部６とを備えている。外囲器２は、各基板３，４，５がガラス基板で構成され、陽極基板３の外周部に容器部６を封着剤で封着し、排気した後に封止することにより、内部が高真空状態に気密保持されている。
【０００３】
図３に示すように、陽極基板３の内面には、Ａｌ等の導電材からなる配線７が所定パターン形状に形成されている。陽極基板３上には、配線７を覆うようにしてスルーホール８を有した絶縁層９が形成されている。スルーホール８は、例えばＡｇ等の導電材１０によって穴埋めされている。
【０００４】
図３に示すように、スルーホール８の導電材１０上には、黒鉛等の導電材がセグメント１１の形状に形成され、陽極電極１２を構成している。この陽極電極１２上にはセグメント１１の形状に蛍光体層１３が形成されている。
【０００５】
図２及び図３に示すように、蛍光体層１３の周囲には、絶縁材料からなる隔壁１４が形成されている。この隔壁１４は、蛍光体層１３を取り囲むようにして蛍光体層１３よりも高く形成される。これにより、セグメント１１毎に区画された陽極１５が形成される。各セグメント１１は、一つの表示パターン１６単位で隔壁１４により一体に連結されている。
【０００６】
図２に示すように、各表示パターン１６毎の隔壁１４は、一つのセグメント１１から陽極基板３の外側に向けて所定距離だけ延長して導出される。各表示パターン１６毎の隔壁１４の頂上部には、導電材によるグリッド電極１７が印刷形成され、立体グリッド１８を構成している。
【０００７】
図２に示すように、外囲器２内における表示パターン１６の上方には、表示パターン１６に対向してフィラメント状の陰極１９が複数本張架配設されている。各陰極１９は、加熱制御により表示パターン１６に向かって電子を放出している。
【０００８】
上記構成による立体グリッド付蛍光表示管によれば、もれ発光を生じることなく表示パターンの密集部分でのグリッド電極の分割が可能で、表示パターンの自由度が高まり、確実に電子の加速、遮断の制御が行える。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、上記立体グリッド１８を形成するにあたっては、鉛系ガラスフリットの絶縁ペーストをスクリーン印刷して隔壁１４を形成し、この隔壁１４の頂上部にＡｌに鉛系ガラスフリットを混合した導電ペーストをスクリーン印刷してグリッド電極１７を形成していた。
【００１０】
なお、上記隔壁１４を構成する鉛系ガラスフリットとしては、例えばＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＺｎＯ、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＺｎＯ−ＳｉＯ₂ 、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂ の何れかを主成分（７０％以上）とするものが使用され、これらの材料に流動防止フィラーとしてアルミナやＴｉＯ₂ 等の酸化物を混入する場合もある。また、グリッド電極１７を構成する導電物質としてのＡｌに鉛系ガラスフリットを混合した導電ペーストは、例えばＡｌ粉の平均粒径は１〜１０μｍ程度の微粉からなり、Ａｌ微粉の表面は酸化膜で覆われている。
【００１１】
そして、上記のように隔壁１４及びグリッド電極１７が印刷形成されると、隔壁１４とグリッド電極１７とは例えば５５０〜６００℃で同時に焼成されるが、そのときの過激な燃焼反応によってグリッドを構成する導電ペーストの表面の酸化膜が溶け、導電ペースト中のＡｌが酸化する時にＰｂＯが還元されてＰｂが析出される。また、隔壁１４を構成する絶縁ペーストとして鉛系ガラスフリットを使用しているので、隔壁１４とグリッド電極１７の界面においても、上記導電ペースト中のＡｌが酸化する時にＰｂＯが還元されてＰｂが析出される。
【００１２】
ここで、本件発明者等は、従来の電極構造においてＰｂが析出されることを確認するため、マックサイエンス製の示差熱分析装置を用い、昇温１０℃／ｍｉｎ、３０℃〜５７０℃を条件として焼成を行い、示差熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）を試みた。図４〜図６はそのときの示差熱分析結果を示す図である。
【００１３】
まず、図４にＡｌ微粉の示差熱分析結果を示す。５４０℃付近より急激な酸化反応が見られる。図５はこのＡｌ微粉に低融点ＰｂＯガラスフリットを混ぜたペーストを５７０℃で１度焼成したものを３０〜５７０℃の条件で示差熱分析を行った結果である。図５はＰｂのメルティング温度である３２７．３℃付近で吸熱によるピークが現れていることを示す。このことは、上述した導電ペースト中のＡｌの酸化時にＰｂＯが還元されてＰｂが析出していることを意味している。
【００１４】
そして、上記のように、Ｐｂが析出されると、その後の焼成工程（４２０〜５００℃の封着工程・封止工程、３００〜３５０℃の排気工程）で析出したＰｂがガス化して陰極１９の表面に付着する。このため、陰極１９を加熱駆動したときに、表面に付着したＰｂが焼き付くことによりシンター現象を引き起こし、エミッション特性を低下させるという問題があった。しかも、エミッション特性が低下した従来の立体グリッド付蛍光表示管では、１０００時間で陰極１９の直下位置での表示が暗くなる暗線が発生し、寿命特性にも悪影響を及ぼしていた。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来に比べてエエミッション特性を向上させることができ、寿命特性の改善も図れる立体グリッド付蛍光表示管の電極構造及び製造方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、表示パターンをなす各セグメントの蛍光体層を取り囲むように絶縁材料からなる隔壁が印刷形成され、前記隔壁の頂上部にグリッド電極が印刷形成された立体グリッド付蛍光表示管の電極構造において、
前記グリッド電極が固着成分としての有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方と、導電物質としてのＡｌを含み、
前記隔壁がリン酸系ガラスフリットを主成分とする絶縁材料からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の立体グリッド付蛍光表示管の電極構造において、
前記有機金属が有機Ｔｉ化合物からなり、
前記リン酸系ガラスフリットがＰ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ系、Ｐ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ系、Ｐ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ系の何れかのガラス主成分でなることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、表示パターンをなす各セグメントの蛍光体層を取り囲むように絶縁部材からなる隔壁が印刷形成され、前記隔壁の頂上部にグリッド電極が印刷形成された立体グリッド付蛍光表示管の製造方法において、
リン酸系ガラスフリットによる絶縁ペーストを前記蛍光体層を取り囲むように印刷して隔壁を形成する工程と、
固着成分としての有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方と、導電物質としてのＡｌを含む導電ペーストを前記隔壁の頂上部に印刷してグリッド電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３の立体グリッド付蛍光表示管の製造方法において、
前記グリッド電極を形成する前記導電ペーストが、有機Ｔｉ化合物にＡｌとビークルを混合したもの、リン酸系ガラスフリットにＡｌとビークルを混合したもの、リン酸系ガラスフリットに有機Ｔｉ化合物とＡｌとビークルを混合したものの何れかでなり、
前記隔壁を形成する前記絶縁ペーストがリン酸系ガラスフリットにビークルを混合したもの、又はリン酸系ガラスフリットに流動防止フィラーとしてＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ 等の酸化物とビークルを混合したものでなることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方を含むＡｌ系金属による無鉛の導電ペーストのスクリーン印刷によりグリッド電極が形成され、かつリン酸系ガラスフリットによる無鉛の絶縁ペーストのスクリーン印刷により隔壁が形成されるので、焼成時に導電ペーストのＡｌの酸化により、グリッド電極だけでなく、グリッド電極と隔壁との界面においても、従来のような焼成時のＡｌの酸化によるＰｂの析出がなく、従来に比べてエミッション特性が向上し、寿命の改善が図れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による立体グリッド付蛍光表示管の電極構造の実施の形態を示す部分拡大断面図である。なお、以下に説明する実施の形態は、電極構造（グリッド電極及び隔壁）と製造方法が従来と相違しており、その他の構成は図３の立体グリッド付蛍光表示管と同一なので、電極構造と製造方法以外の説明については省略する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態の電極構造は、絶縁層９上に蛍光体層１３を取り囲むようにして隔壁２４が形成され、この隔壁２４の頂上部にグリッド電極２７が形成されて立体グリッド２８を構成している。
【００２３】
隔壁２４は、リン酸系ガラスフリットを主成分とする絶縁ペーストのスクリーン印刷により形成される。更に説明すると、リン酸系ガラスフリットを主成分とする絶縁ペーストとしては、Ｐ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリットにビークルを混合したもの、Ｐ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリットに酸化物とビークルを混合したものが用いられる。酸化物は、流動防止フィラーとして用いられるものであり、例えばアルミナやＴｉＯ₂ 等がある。
【００２４】
上記リン酸系ガラスフリットを主成分とする絶縁ペーストは、例えばリン酸系ガラスフリット３５〜８０％、酸化物０〜４０％、ビークル２０〜２５％の割合で調合される。更に好ましくは、リン酸系ガラスフリット５５〜７０％、酸化物１０〜２０％、ビークル２０〜２５％の割合で調合される。
【００２５】
グリッド電極２７は、ＰｂＯ系ガラスフリットを含まない有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方を含むＡｌ導電ペーストのスクリーン印刷により形成される。このグリッド電極２７を印刷形成するための具体的な導電材料としては、Ａｌに有機Ｔｉ化合物とビークルを混合したもの、ＡｌにＰ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリットとビークルを混合したもの、Ａｌに有機Ｔｉ化合物とＰ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリットとビークルを混合したものの何れかが用いられる。
【００２６】
更に説明すると、有機Ｔｉ化合物としては、有機Ｔｉ，有機Ｔｉ−Ｚｎ，有機Ｔｉ−Ｐ等が用いられる。また、Ｐ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリットとしては、Ｐ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ系，Ｐ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ−ＺｎＯ系，Ｐ₂ Ｏ₅ −ＺｎＯ系等がガラス主成分として用いられる。
【００２７】
ここで、Ａｌに有機Ｔｉ化合物とビークルを混合した導電ペーストを用いる場合には、例えばＡｌ微粉６０〜８０％、有機Ｔｉ化合物３〜２５％、ビークル１５〜２５％の割合で調合される。ＡｌにＰ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリットとビークルを混合した導電ペーストを用いる場合には、例えばＡｌ微粉４０〜８０％、Ｐ₂ Ｏ₅ 系ガラスフリット３〜４０％、ビークル１５〜３０％の割合で調合される。
【００２８】
なお、上記ビークルは、所定パターン形状のグリッド電極２７をスクリーン印刷するために必要なもので、有機高分子を有機溶剤に溶解した粘性のある液体で、焼成時には除去されるものである。
【００２９】
次に、上記構成による立体グリッド付蛍光表示管の製造方法について説明する。
まず、陽極基板３にＡｌ等の導電材をパターンニングして所定パターン形状の配線（陽極配線、グリッド配線）７を形成する。次に、配線７を覆うようにして陽極基板３上にスルーホール８を有する絶縁層９を印刷形成する。その際、表示パターン１６を構成する各セグメント１１と、後工程で形成されるグリッド電極２７と不図示のグリッド配線導体との間の接続箇所にそれぞれスルーホール８が位置するように絶縁層９を印刷形成する。
【００３０】
次に、各セグメント１１に位置する絶縁層９のスルーホール８内にＡｇ等の導電材１０を印刷形成してスルーホール８を穴埋めする。同時に、後工程で形成されるグリッド電極２７と不図示のグリッド配線導体との配線箇所に位置するスルーホール８内にもＡｇ等の導電材１０を印刷形成してスルーホール８を穴埋めする。
【００３１】
次に、穴埋めされた導電材１０上に黒鉛等の導電材ペーストをセグメント１１の形状に印刷して陽極電極１２を形成し、更に陽極電極１２上に蛍光体層１３をセグメント１１の形状に印刷形成する。次に、リン酸系ガラスフリットを主成分とする無鉛の絶縁ペーストを所定幅でスクリーン印刷して隔壁２４を形成する。この隔壁２４の印刷は、一度に印刷可能な高さ（例えば一層当たり２０μｍ）に制限があるため、印刷と乾燥（８０〜２００℃）とを複数回繰り返す。これにより、所定高さの隔壁２４が印刷形成され、セグメント１１毎に区画された陽極１５が形成される。
【００３２】
次に、リン酸系ガラスフリット又は有機金属の少なくとも一方を含むＡｌ系金属による無鉛の導電ペーストを隔壁２４の頂上部にスクリーン印刷し、５５０〜６００℃で焼成する。このとき、隔壁２４を構成する絶縁ペーストは鉛を含まないので、Ａｌの酸化によりＰｂが析出されることなく、隔壁２４の頂上部にグリッド電極２７が形成される。
【００３３】
ここで、フィラメント状の陰極１９が張架配設されたフレームを上記作業とは別の工程で組み上げておく。そして、容器部６における側面板５の底周面を、ペースト状の低融点ガラスからなる接着材が塗布された陽極基板３の外周部に位置させ、陽極基板３及び容器部６を上下から加圧し、陽極基板３の外周部と容器部６との間を封着して外囲器２を組み立てる。その後、外囲器２内を高真空状態に排気して封止することにより、立体グリッド付蛍光表示管が完成する。
【００３４】
このように、上記実施の形態の電極構造によれば、リン酸系ガラスフリットによる無鉛の絶縁ペーストのスクリーン印刷により隔壁２４が形成され、この隔壁２４の頂上部に有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方を含むＡｌ系金属による無鉛の導電ペーストのスクリーン印刷によりグリッド電極２７が形成されるので、従来のように焼成時のＡｌの酸化によりＰｂＯが還元され、グリッド電極２７にＰｂを析出することがない。また、隔壁２４とグリッド電極２７との界面における焼成時のＡｌの酸化によるＰｂＯの還元を防止できる。この結果、従来に比べてエミッション特性が向上し、寿命の改善を図ることができる。
【００３５】
図７に典型的な２極管の静特性を示す。図中Ｉの領域は初速電流領域と呼ばれ、カソードから放出される電子のうち負のアノード電圧に打ち勝つエネルギーを持っている電子がアノードに流入する領域である。
【００３６】
アノード電圧を負から正に上げていくと、さらにカソードから多数の電子がアノード方向に加速されて放出され、放出電子がアノードとカソードの空間に充満し、カソードが電子によって遮蔽された状態で平衡を保つ。この領域IIを空間電荷制限領域という。さらにアノード電圧を大きくしていくと、カソードの電子放出能力でアノード電流が制限されてしまう温度制限領域III となる。このときのカソードからの全電流Ｉｓは下記のリチャードソン・ダッシュマンの式（１）で表される。
【００３７】
Ｉｓ＝ＳＡＴⁿ ｅｘｐ（−ｅφ／ＫＴ）…（１）
【００３８】
したがって、温度制限領域で温度Ｔを一定に保ち、Ｉｓを測定することによってカソードの出来、不出来を評価できる。このＩｓをエミッションと呼ぶ。
【００３９】
そこで、本件発明者は上記測定原理に基づき、従来の構成の鉛系ガラスフリットを含むＡｌ導体ペーストと本実施の形態の構成の無鉛のＡｌ導電ペーストを２極管構造の蛍光表示管に実装し、それぞれについてエミッションの評価を行った。
【００４０】
その結果、従来の電極構造によるエミッションを１００とした場合、本実施の形態の電極構造では隔壁２４を構成する絶縁ペースト及びグリッド電極２７を構成する導電ペーストの選択材料に応じて１５００以上にそれぞれ向上させることができることが判った。
【００４１】
また、従来の電極構造では、１０００時間で暗線を発生していたのに対し、本実施の形態の電極構造によれば、１００００時間経過しても暗線を発生することがなく、従来よりも寿命を向上させることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、リン酸系ガラスフリットによる無鉛の絶縁ペーストのスクリーン印刷により隔壁が形成され、有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方を含むＡｌ系金属による無鉛の導電ペーストのスクリーン印刷によりグリッド電極が形成されるので、従来のように焼成時のＡｌの酸化によりＰｂＯが還元されてグリッド電極にＰｂを析出することがなく、従来に比べてエミッションを向上させることができる。また、隔壁とグリッド電極との界面において、焼成時のＡｌの酸化によるＰｂＯの還元を防止でき、従来に比べてエミッション特性が更に向上し、寿命の改善も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体グリッド付蛍光表示管の実施の形態の電極構造を示す部分拡大断面図
【図２】立体グリッド付蛍光表示管の一構成例を示す一部裁断平面図
【図３】従来の立体グリッド付蛍光表示管の電極構造を示す部分断面図
【図４】Ａｌ微粉を５７０℃で焼成したときの示差熱分析結果
【図５】Ａｌ微粉にＰｂＯガラスフリットを加え焼成した試料を再度５７０℃まで示差熱分析を行った結果
【図６】図５の部分拡大図
【図７】典型的な２極管の静特性を示す図
【符号の説明】
１…立体グリッド付蛍光表示管、１１…セグメント、１３…蛍光体層、１６…表示パターン、２４…隔壁、２７…グリッド電極、２８…立体グリッド。

Claims (4)

1. 表示パターンをなす各セグメントの蛍光体層を取り囲むように絶縁材料からなる隔壁が印刷形成され、前記隔壁の頂上部にグリッド電極が印刷形成された立体グリッド付蛍光表示管の電極構造において、
   前記グリッド電極が固着成分としての有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方と、導電物質としてのＡｌを含み、
   前記隔壁がリン酸系ガラスフリットを主成分とする絶縁材料からなることを特徴とする立体グリッド付蛍光表示管の電極構造。
2. 前記有機金属が有機Ｔｉ化合物からなり、
   前記リン酸系ガラスフリットがＰ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ系、Ｐ₂ Ｏ₅ −ＳｎＯ−ＺｎＯ系、Ｐ₂ Ｏ₅ −ＺｎＯ系の何れかのガラス主成分でなる請求項１記載の立体グリッド付蛍光表示管の電極構造。
3. 表示パターンをなす各セグメントの蛍光体層を取り囲むように絶縁部材からなる隔壁が印刷形成され、前記隔壁の頂上部にグリッド電極が印刷形成された立体グリッド付蛍光表示管の製造方法において、
   リン酸系ガラスフリットによる絶縁ペーストを前記蛍光体層を取り囲むように印刷して隔壁を形成する工程と、
   固着成分としての有機金属又はリン酸系ガラスフリットの少なくとも一方と、導電物質としてのＡｌを含む導電ペーストを前記隔壁の頂上部に印刷してグリッド電極を形成する工程とを含むことを特徴とする立体グリッド付蛍光表示管の製造方法。
4. 前記グリッド電極を形成する前記導電ペーストが有機Ｔｉ化合物にＡｌとビークルを混合したもの、リン酸系ガラスフリットにＡｌとビークルを混合したもの、リン酸系ガラスフリットに有機Ｔｉ化合物とＡｌとビークルを混合したものの何れかでなり、
   前記隔壁を形成する前記絶縁ペーストがリン酸系ガラスフリットにビークルを混合したもの、又はリン酸系ガラスフリットに流動防止フィラーとしてＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ 等の酸化物とビークルを混合したものでなる請求項３記載の立体グリッド付蛍光表示管の製造方法。

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