JP3875166B2

JP3875166B2 - メタルバック付き蛍光面とその形成方法および画像表示装置

Info

Publication number: JP3875166B2
Application number: JP2002252915A
Authority: JP
Inventors: 明義中村; 知子中澤; 啓三上; 武夫伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004095267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルバック付き蛍光面とメタルバック付き蛍光面の形成方法、およびメタルバック付き蛍光面を有する平面型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、陰極線管（ＣＲＴ）やフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などの画像表示装置では、蛍光体層の内面（電子源側の面）にアルミニウム（Ａｌ）膜などの金属膜が形成されたメタルバック方式の蛍光面が広く採用されている。
【０００３】
この蛍光面の金属膜は、メタルバック層と呼ばれ、電子源から放出された電子により蛍光体から発せられた光のうちで、電子源方向へ進む光をフェースプレートの方向へ反射して輝度を高めること、および蛍光面に導電性を付与しアノード電極の役割を果たすことを目的としたものである。また、真空外囲器内に残留するガスの電離により生じるイオンによって、蛍光体が損傷することを防ぐ機能をも有している。
【０００４】
通常、メタルバック層の形成は、蛍光体層の上にニトロセルロース等の有機樹脂からなる薄い膜をスピン法などにより形成し、その上にＡｌを真空蒸着し、さらに焼成して有機物を除去する方法により行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のメタルバック付き蛍光面では、蛍光体層の上面とブラックマトリックスの上面との間に段差（凹凸）があるなど、蛍光面の平坦性が悪いため、その上に形成されるメタルバック層の成膜性が悪く凹凸やしわ、亀裂などが生じ易かった。
【０００６】
そして、ＦＥＤでは、蛍光面を有するフェースプレートと電子放出素子を有するリアプレートとの間のギャップ（間隔）が、１ｍｍから数ｍｍ程度と極めて狭く、この狭い間隔に１０ｋＶ前後の高電圧が印加され強電界が形成されるため、メタルバック層に凹凸があるとそのわずかな突起部に電界が集中し、そこから放電（真空アーク放電）が発生するおそれがあった。そのような異常放電が発生すると、数Ａから数百Ａ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った。
【０００７】
そのため、表面に凹凸などを作らないようにメタルバック層を形成しなければならず、メタルバック層の形成条件の設定が難しく、生産性の低下を招いていた。
【０００８】
また、ＦＥＤのような平面型の画像表示装置では、フェースプレートとリアプレートとの組立てにおいて、蛍光体層のパターンとそれに対応する電子放出源の位置を、画面全域でずれが１０μｍ以内となるような精度で合わせる必要があった。そして、蛍光体層パターンと電子放出源との位置合わせの精度が悪いと、製造に要する時間が長くなるばかりでなく、製品不良の原因となり、製造効率が低下するという問題があった。また、画面全体の色純度が低下するなど、表示品位が下がるという問題があった。
【０００９】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、メタルバック層の表面が平滑で異常放電の発生が抑制され、かつ製造効率が高く高い色純度で高品位の表示が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のメタルバック付き蛍光面は、フェースプレートの内面に少なくともブラックマトリックスと蛍光体層を有し、それらの上にメタルバック層を有する蛍光面であり、前記ブラックマトリックスが、積層された２層以上の光吸収層を有し、かつそれらの光吸収層の層間に、耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のメタルバック付き蛍光面において、ブラックマトリックスが、フォトリソ法により形成された第１の光吸収層と、その上層に印刷法により形成された第２の光吸収層を有することができる。そして、この第１の光吸収層が５μｍ以下の層厚を有するように構成するとともに、第２の光吸収層が５μｍ以上の層厚を有しかつ前記第１の光吸収層よりも形成面積が小さいように構成することができる。
【００１３】
本発明のメタルバック付き蛍光面の形成方法は、フェースプレートの内面にブラックマトリックスを形成する工程と、前記フェースプレートの内面の所定の位置に蛍光体層を形成する工程と、前記ブラックマトリックスおよび前記蛍光体層の上にメタルバック層を形成する工程とを備え、前記ブラックマトリックスを形成する工程が、フォトリソ法により第１の光吸収層を形成する下層形成工程と、前記第１の光吸収層の上層に、第２の光吸収層を印刷により形成する上層形成工程を有し、かつ前記下層形成工程と上層形成工程との中間に、耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層を、前記第１の光吸収層と第２の光吸収層との層間に挟まれるように形成する接着層形成工程を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の画像表示装置は、フェースプレートと、このフェースプレートと対向配置されたリアプレートと、前記リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレート上に形成され、前記電子放出素子から放出される電子線により発光する蛍光体層を有する蛍光面を具備し、蛍光面が、前記したメタルバック付き蛍光面であることを特徴とする。
【００１６】
本発明のメタルバック付き蛍光面および画像表示装置においては、ブラックマトリックスが２層以上の光吸収層が積層された構造を有しているので、蛍光体層との間に段差を生じないように、ブラックマトリックスの全厚を調整して形成することができる。したがって、蛍光面の段差や凹凸がなくなり、十分な平坦性が実現されるため、蛍光面に形成されるメタルバック層の成膜性が向上し、凹凸やしわ等のない平滑なメタルバック層を得ることができ、耐圧特性が大幅に向上する。
【００１７】
また、下層である第１の光吸収層をフォトリソ法により形成するとともに、上層の第２の光吸収層を印刷法により形成することにより、蛍光体層のパターンと対応する電子放出源との位置精度が良好となる。したがって、製造の効率および歩留まりが向上する。また、色純度が高く高品位の表示が可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るメタルバック付き蛍光面の第１の実施形態を示す断面図である。
【００２０】
図１において、符号１はガラス基板（パネル）を示し、このガラス基板１の内面に、所定のパターン（例えばストライプ状あるいはドット状）を有するブラックマトリックス２が設けられている。ブラックマトリックス２は、第１の光吸収層２ａと第２の光吸収層２ｂとが積層された構造を有している。第１の光吸収層２ａは５μｍ以下の層厚を有し、フォトリソ法により形成されている。
【００２１】
第１の光吸収層２ａをフォトリソ法により形成するには、ガラス基板の内面にフォトレジストを塗布し、これを所定のパターンを有するマスクを介して露光し、現像してレジストパターンを形成した後、その上に黒鉛等の光吸収物質を含む水溶液を塗布して結着させ、次いでスルファミン酸１０重量％（wt％）から成る分解剤により、レジストとその上の光吸収物質の層を溶解・剥離する方法が採られる。
【００２２】
また、このようなフォトリソ法により形成された第１の光吸収層２ａの上には、黒鉛等を主成分とする第２の光吸収層２ｂが、スクリーン印刷のような印刷法により形成されている。第２の光吸収層２ｂは５μｍ以上の層厚を有し、第１の光吸収層２ａよりもパターンの形成面積が小さくなっている。
【００２３】
そして、ブラックマトリクス２のパターンの間には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層３が、蛍光体スラリーを用いるフォトリソ法（スラリー法）、印刷法などにより形成されている。また、ブラックマトリクス２および各色の蛍光体層３により構成される蛍光面の上に、Ａｌのような金属膜から成るメタルバック層４が形成されている。
【００２４】
例えば、スラリー法により各色の蛍光体層３を形成するには、ブラックマトリックス２の上に、青色蛍光体スラリーを塗布、乾燥し、ガラス基板１の内面全体に青色蛍光体の塗膜を形成した後、マスクを通して露光・現像し、未硬化部分を洗浄除去して、所定の位置に青色蛍光体層を形成する。次いで、同様にして、緑色蛍光体層と赤色蛍光体層を順に形成する。ここで、青色蛍光体スラリーとしては、青色蛍光体（ＺｎＳ：Αｇ，Ａｌ）とＰＶＡ（ポリビニルアルコール）および重クロム酸塩を主成分とし、これに界面活性剤を添加したものを使用する。また、緑色蛍光体スラリーとしては、緑色蛍光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Αｌ）とＰＶＡおよび重クロム酸塩を主成分とし、これに界面活性剤を添加したものを使用し、赤色蛍光体スラリーとしては、赤色蛍光体（Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ）とＰＶＡおよび重クロム酸塩を主成分とし、これに界面活性剤を添加したものを使用することができる。
【００２５】
蛍光面の上にメタルバック層４を形成するには、例えばスピン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、Ａｌなどの金属膜を真空蒸着し、さらに約４５０℃の温度で焼成して有機物を除去する方法を採ることができる。また、以下に示すように、転写フィルムを用いてメタルバック層４を形成することもできる。
【００２６】
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等の金属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、ローラー方式などがある。こうして転写フィルムを押圧し金属膜を接着してから、ベースフィルムを剥ぎ取ることにより、蛍光面に金属膜が転写される。次いで、加熱処理（ベーキング）を施し有機分を分解し除去することにより、メタルバック層が形成される。
【００２７】
このように構成される第１の実施形態においては、ブラックマトリックス２が、フォトリソ法により形成された第１の光吸収層２ａと印刷法により形成された第２の光吸収層２ｂとが積層された構造を有しているので、ブラックマトリクス２と蛍光体層３とを同等の厚さとすることで、蛍光面の段差や凹凸を無くし、表面に凹凸がなく平滑なメタルバック層を形成することができる。
【００２８】
また、蛍光体層３のパターンを高い位置精度で形成することができる。すなわち、フォトリソ法により形成された第１の光吸収層２ａは、厚さが５μｍ以下と薄いが、それ自体の位置精度が高いため、この第１の光吸収層２ａのパターン間に形成される蛍光体層３の位置精度も高くなる。したがって、蛍光体層３のパターンと対応する電子放出源との位置合わせが良好となり、色純度が高く高品位の表示が可能となる。これに対して第２の光吸収層２ｂは、印刷法により形成されているため、位置精度は十分ではないが厚さの調整が容易であり、１回の塗布で５μｍ以上の厚さの層を形成することができる。したがって、印刷法により形成された第２の光吸収層２ｂを、第１の光吸収層２ａの上に積層することで、蛍光体層３との間に段差を生じないようにブラックマトリックス２全体としての厚さを容易に調整することができ、凹凸がなく平滑な蛍光面を形成することができる。
【００２９】
なお、印刷法により形成された第２の光吸収層２ｂのパターンの面積が第１の光吸収層２ａよりも小さくなっているので、第２の光吸収層２ｂの位置精度が十分でなくても、ブラックマトリックス２全体としての位置精度は、下層の第１の光吸収層２ａのそれによって決まり、十分に高い位置精度を有することになる。
【００３０】
次に、メタルバック付き蛍光面の第２の実施形態について説明する。
【００３１】
第２の実施形態においては、図２に示すように、第１の光吸収層２ａと第２の光吸収層２ｂとの層間に、耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層５が形成されている。なお、その他の部分は、第１の実施形態と同様に構成されているので説明を省略する。
【００３２】
耐熱性の無機微粒子としては、特に種類は限定されず、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、ＩＴＯなどの金属あるいは非金属の酸化物から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。このような耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層５は、スクリーン印刷、スプレー塗布などの方法により形成することができる。
【００３３】
例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）を主成分とする接着層５を形成するには、シリカに分散材、樹脂バインダ、溶媒などを配合したペーストをスクリーン印刷などにより塗布し、４５０℃で３０分間加熱焼成するなどの方法を採ることができる。なお、この実施形態では、接着層５が、第１の光吸収層２ａの上（第２の光吸収層２ｂとの層間）だけでなくガラス基板１上にも連続して設けられており、形成が容易であるという利点があるが、パターン化された接着層５を第１の光吸収層２ａの上だけに形成しても良い。
【００３４】
第２の実施形態においては、第１の光吸収層２ａと第２の光吸収層２ｂとの層間に、耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層５が形成されているので、第１の光吸収層２ａと第２の光吸収層２ｂとの接着強度が向上する。その結果、その上に形成される第２の光吸収層２ｂおよび蛍光体層３の位置精度がよりいっそう向上し、色純度が高く高品位の表示が可能となる。
【００３５】
次に、本発明の第３の実施形態として、メタルバック付き蛍光面をアノード電極とするＦＥＤを図３に示す。
【００３６】
このＦＥＤでは、前記した第１の実施形態のメタルバック付き蛍光面を有するフェースプレート６と、マトリックス状に配列された電子放出素子７を有するリアプレート８とが、１ｍｍ〜数ｍｍ程度の狭い間隙を介して対向配置され、フェースプレート６とリアプレート８との間に、５〜１５ｋＶの高電圧が印加されるように構成されている。図中符号９は、前記した２層構造のブラックマトリックスおよび蛍光体層を有する蛍光面を示し、１０はメタルバック層を示す。また、符号１１は支持枠（側壁）を示す。
【００３７】
フェースプレート６とリアプレート８との間隙が極めて狭く、これらの間で放電（絶縁破壊）が起こりやすいが、このＦＥＤでは、表面に凹凸、しわ等がなく平滑で平坦なメタルバック層１０を有しているので、異常放電の発生が抑制され耐圧特性が大幅に向上している。
【００３８】
また、蛍光体層のパターンと対応する電子放出素子との位置精度が良好となっているので、色純度が高く高品位の表示が可能であるうえに、製造効率が良好で歩留まりが高い。
【００３９】
次に、本発明をＦＥＤに適用した具体的実施例について説明する。
【００４０】
実施例
ガラス基板上に、黒鉛からなる第１の光吸収層（厚さ１μｍ）を、フォトリソ法によりストライプ状に形成した。なお、ストライプの幅は、８０μｍ、間隔は２００μｍとした。
【００４１】
次いで、第１の光吸収層が形成されたガラス基板の全面に、シリカ（ＳｉＯ_２）を主成分する以下の組成を有するペーストをスプレー法により塗布した後、４５０℃で３０分間加熱焼成して、シリカからなる接着層を形成した。
【００４２】
シリカペーストの組成
ＳｉＯ_２ …………３０wt％
分散材 ………… ５wt％
バインダ樹脂（エチルセルロース） ………… ６wt％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート） …………５９wt％
【００４３】
次いで、このシリカ層の上に、黒鉛を主成分とする第２の光吸収層（厚さ９μｍ）を、スクリーン印刷により形成した。なお、この第２の光吸収層は、幅が６５μｍ、間隔が２００μｍのストライプ状のパターンを有し、各ストライプが、対応する第１の光吸収層のストライプの上方に位置するように形成されている。
【００４４】
次に、第２の光吸収層のパターンの間に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層（厚さ１０μｍ）を印刷法により形成した。各色の蛍光体層を形成するには、以下に示す組成を有する各色の蛍光体ペーストをスクリーン印刷し、９０℃で１０分間乾燥した後４５０℃で２時間加熱して焼成した。
【００４５】
蛍光体ペーストの組成
蛍光体 …………４０wt％
樹脂（エチルセルロース） ………… ６wt％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート） …………５４wt％
【００４６】
こうして形成された蛍光面の上に、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膜を形成した。次いで、４５０℃の温度で３０分間加熱焼成して有機分を分解・除去し、メタルバック層を形成した。
【００４７】
また、比較例として、ガラス基板の上に黒鉛を主成分とする黒色ペーストを用い、スクリーン印刷により厚さ１０μｍの光吸収層を形成した。そして、接着層を形成することなく、この光吸収層のみでブラックマトリックスを構成した以外は実施例と同様にして、メタルバック付き蛍光面を作製した。
【００４８】
次に、実施例および比較例で得られたメタルバック付き蛍光面を有するパネルを使用し、ＦＥＤを作製した。すなわち、基板上に表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に多数形成した電子発生源を背面ガラス基板に固定して、リアプレートとし、このリアプレートと前記したメタルバック付き蛍光面を有するガラス基板（フェースプレート）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。フェースプレートとリアプレートとの間隙は、２ｍｍとした。次いで、真空排気、封止など必要な処理を施し、ＦＥＤを完成した。
【００４９】
こうして得られたＦＥＤの耐圧特性を常法により測定・評価した。また、蛍光体層のパターンの位置精度を、測長機（Ｖテクノロジー社製Mercury-5000S）を用いて測長し、さらに色純度の評価を行なった。
【００５０】
測定の結果、実施例で得られたメタルバック付き蛍光面を備えたＦＥＤは、比較例で得られたものに比べて、良好な耐圧特性を有していた。また、蛍光体層パターンの位置精度が高く、色純度が良く高品位の表示が得られた。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凹凸やしわのない平滑なメタルバック層が得られ、放電の発生が抑制され耐圧特性に優れたメタルバック付き蛍光面を得ることができる。したがって、そのような蛍光面を有する画像表示装置においては、耐圧特性が大幅に改善される。また、蛍光体層のパターンと対応する電子放出源との位置精度が良好となるので、製造の効率および歩留まりが向上するうえに、色純度が高く高品位の表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るメタルバック付き蛍光面の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】本発明に係るメタルバック付き蛍光面の第２の実施形態を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態であるＦＥＤの構造を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１………ガラス基板、２………ブラックマトリックス、２ａ………第１の光吸収層、２ｂ………第２の光吸収層、３………蛍光体層、４、１０………メタルバック層、５………接着層、６………フェースプレート、７………電子放出素子、８………リアプレート、９………蛍光面、１１………支持枠

Claims

フェースプレートの内面に少なくともブラックマトリックスと蛍光体層を有し、それらの上にメタルバック層を有する蛍光面であり、
前記ブラックマトリックスが、積層された２層以上の光吸収層を有し、かつそれらの光吸収層の層間に、耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層を有することを特徴とするメタルバック付き蛍光面。
前記ブラックマトリックスが、フォトリソ法により形成された第１の光吸収層と、その上層に印刷法により形成された第２の光吸収層を有することを特徴とする請求項１記載のメタルバック付き蛍光面。
前記第１の光吸収層が５μｍ以下の層厚を有し、前記第２の光吸収層が、５μｍ以上の層厚を有しかつ前記第１の光吸収層よりも形成面積が小さいことを特徴とする請求項２記載のメタルバック付き蛍光面。
フェースプレートの内面にブラックマトリックスを形成する工程と、
前記フェースプレートの内面の所定の位置に蛍光体層を形成する工程と、
前記ブラックマトリックスおよび前記蛍光体層の上にメタルバック層を形成する工程とを備え、
前記ブラックマトリックスを形成する工程が、フォトリソ法により第１の光吸収層を形成する下層形成工程と、前記第１の光吸収層の上層に、第２の光吸収層を印刷により形成する上層形成工程を有し、かつ前記下層形成工程と上層形成工程との中間に、耐熱性の無機酸化物を主成分とする接着層を、前記第１の光吸収層と第２の光吸収層との層間に挟まれるように形成する接着層形成工程を有することを特徴とするメタルバック付き蛍光面の形成方法。
フェースプレートと、このフェースプレートと対向配置されたリアプレートと、前記リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレート上に形成され、前記電子放出素子から放出される電子線により発光する蛍光体層を有する蛍光面を具備し、前記蛍光面が、請求項１乃至３のいずれか１項記載のメタルバック付き蛍光面であることを特徴とする画像表示装置。