JP3944396B2

JP3944396B2 - メタルバック付き蛍光面および画像表示装置

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Publication number: JP3944396B2
Application number: JP2002024044A
Authority: JP
Inventors: 剛小柳津; 肇田中; 昌晃稲村; 仁田畑; 武夫伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2003229074A

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、およびメタルバック付き蛍光面を有する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（電子線側の面）に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。この蛍光面の金属膜（メタルバック層）は、電子源から放出された電子によって蛍光体から発せられた光のうちで、電子源側に進む光をフェースプレート側へ反射して輝度を高めること、および蛍光体層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が電離して生じるイオンにより、蛍光体層が損傷するのを防ぐ機能をも有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に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（間隙）が、１mm〜数mm程度と狭く、この極めて狭い間隙に１０ｋＶ前後の高電圧が印加され強電界が形成されるため、メタルバック層の端部（周端部）の鋭角部分に電界が集中し、そこから放電（真空アーク放電）が発生することがあった。そして、このような異常放電が発生すると、数Ａから数100Ａ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。そのため、端部に尖鋭な突起部を作らないようにメタルバック層を形成する必要があり、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。
【０００４】
また従来から、耐圧特性の向上を目的とし、前記した放電が発生した場合のダメージを緩和するために、アノード電極として使用しているメタルバック層（導電膜）をいくつかのブロックに分断し、あるいは間隙を設けることが行われていた。
【０００５】
しかし、そのような分断されたメタルバック層を有する蛍光面では、メタルバック層の分断部の両側の端部が尖鋭な形状を呈するため、この鋭角部分に電界が集中し放電が発生しやすかった。そのため、端部にそのような尖鋭な突起を作らないように、メタルバック層の分断部を形成しなければならず、条件設定が非常に難しいという問題があった。
【０００６】
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、放電の要因となるメタルバック層の端部が被覆層で覆われており、耐圧特性が大幅に向上されたメタルバック付き蛍光面と、そのようなメタルバック付き蛍光面を有し、高輝度、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明のメタルバック付き蛍光面は、請求項１に記載するように、フェースプレート内面に光吸収層および蛍光体層をそれぞれ有し、該蛍光体層の上に、分断され間隙部を有するメタルバック層が形成された蛍光面であり、前記メタルバック層の端部に、低融点ガラスを主成分とする絶縁性の第１の被覆層が設けられ、かつ前記メタルバック層の分断部の上に、該分断部の両側のメタルバック層端部に跨るように、金属酸化物からなる耐熱性の無機微粒子と低融点ガラスをそれぞれ含む第２の被覆層が設けられており、前記メタルバック層が、前記光吸収層の上に位置する領域の少なくとも一部で分断され、このメタルバック層の分断部の上に前記第２の被覆層が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第１の発明のメタルバック付き蛍光面においては、請求項２に記載するように、被覆層のシート抵抗値を、１×１０^３〜１×１０^１２Ω／□とすることができる。さらに、請求項３に記載するように、被覆層において、低融点ガラスの無機微粒子に対する割合を重量比で５０％以上とすることが望ましい。
【００１０】
本発明の第２の発明の画像表示装置は、請求項４に記載するように、フェースプレートと、前記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前記リアプレートに対向して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面とを具備し、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。
【００１１】
第１の発明のメタルバック付き蛍光面においては、メタルバック層の端部に低融点ガラスを含む被覆層が設けられ、この被覆層により、異常放電発生の要因となるメタルバック層端部の突起部が覆われるので、放電の発生が抑制され耐圧特性が向上する。
【００１２】
また、耐圧特性を向上させるために、いくつかのブロックに分断されたメタルバック層を有するメタルバック付き蛍光面においては、メタルバック層の分断箇所の上に耐熱性の無機微粒子と低融点ガラスをそれぞれ含む被覆層が、分断部の両側のメタルバック層に跨って設けられているので、この被覆層によりメタルバック層端部の突起部が覆われ、放電の発生が抑制される。そのうえ、被覆層のシート抵抗値を所望の値に調整することにより、分断されたメタルバック層を所望の抵抗値で電気的に接続することができ、耐圧特性をさらに向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係るメタルバック付き蛍光面の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。
【００１５】
図１において、符号１はガラス基板（フェースプレート）を示す。そして、このガラス基板１の内面に、黒色顔料からなる所定のパターン（例えばストライプ状）の光吸収層２がフォトリソ法などにより形成されており、これらの光吸収層２の間に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層３が、ＺｎＳ系、Ｙ_２Ｏ_３系、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ系などの蛍光体液を用いたスラリー法で形成されている。なお、各色の蛍光体層３の形成は、スプレー法や印刷法で行うこともできる。スプレー法や印刷法においても、必要に応じてフォトリソ法によるパターニングを併用することができる。
【００１６】
また、このように構成される蛍光面上に、Ａｌ膜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。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を形成することもできる。
【００１７】
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。
【００１８】
さらに、画像表示領域の周辺部に相当するメタルバック層４の端部には、低融点ガラスを含む被覆層である第１のオーバーコート層５ａが、スクリーン印刷、スプレー塗布などの方法で形成されている。ここで、低融点ガラスとしては、融点が５８０℃以下で結着性を有するガラス材料であれば、特に種類は限定されない。例えば、組成式（ＳｉＯ_２・Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）、（Ｂ_２Ｏ_３・Ｂｉ_２Ｏ_３）、（ＳｉＯ_２・ＰｂＯ）あるいは（Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）で表わされるガラスから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００１９】
また、これらの低融点ガラスを含む第１のオーバーコート層５ａの膜厚は、層自体が放電の要因とならないために特に限定されないが、１０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２０】
このように構成されるメタルバック付き蛍光面においては、尖鋭な突起部となり得るメタルバック層４の端部が、低融点ガラスを含む第１のオーバーコート層５ａにより覆われているので、前記した突起部に起因する放電の発生が防止され、耐電圧特性が向上する。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００２２】
第２の実施形態においては、図２に示すように、耐圧特性の向上を目的として、メタルバック層４の所定の位置に間隙部４ａが形成され、メタルバック層４がいくつかの領域に分断されている。なお、間隙部（分断部）４ａの形成位置は、下層の蛍光面において光吸収層２の上の少なくとも一部とすることが望ましい。
【００２３】
このような間隙部４ａを有するメタルバック層４を形成するには、通常の方法で蛍光面の全面に形成した金属膜をレーザにより切断する方法や、同様に形成した金属膜を、この金属膜を溶解または酸化する酸またはアルカリ水溶液を塗布することにより、溶解して除去する方法を採ることができる。また、所定のネガパターンの開孔を有するメタルマスクを用いて、Ａｌ膜等の金属膜を蒸着する方法を採ることもできる。
【００２４】
そして、このように分断されたメタルバック層の間隙部（分断部）４ａの上には、両側のメタルバック層４端部に跨るように、耐熱性の無機微粒子と低融点ガラスをそれぞれ含む被覆層である第２のオーバーコート層５ｂが、スクリーン印刷、スプレー塗布などの方法で形成されている。また、画像表示領域の周辺部に相当するメタルバック層４の端部（周端部）にも、このような第２のオーバーコート層５ｂが形成され、端部の尖鋭な突起部がこのオーバーコート層５ｂにより覆われている。なお、メタルバック層４の周端部は、分断部の両側の端部とは別に、前記第１の実施形態に用いた第１のオーバーコート層５ａにより被覆することもできる。
【００２５】
ここで、低融点ガラスとしては、前記第１の実施形態で使用したガラス材料を用いることができる。また、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Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、ＩＴＯ、ＡＴＯなどの金属酸化物から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。なお、無機微粒子の粒径は、オーバーコート層を精密にパターニングすることができるように、５μｍ以下とすることが望ましい。
【００２６】
また、これら耐熱性の無機微粒子および低融点ガラスを含む第２のオーバーコート層５ｂの膜厚は、それ自体が放電の要因とならないため特に限定されないが、１０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２７】
さらに、このような第２のオーバーコート層５ｂに含有される低融点ガラスと無機微粒子との重量比率は、５０重量％以上とすることが望ましく、また第２のオーバーコート層５ｂのシート抵抗値は１×１０^３〜１×１０^１２Ω／□とすることが望ましい。
【００２８】
低融点ガラスと無機微粒子との重量比率（低融点ガラス／無機微粒子）が５０重量％未満の場合には、第２のオーバーコート層５ｂの強度が不足し、無機微粒子が脱落して耐圧特性を劣化させる。また、第２のオーバーコート層５ｂのシート抵抗値が１×１０^３Ω／□未満では、ブロックに分断されたメタルバック層４間の電気抵抗が低くなりすぎるため、放電の抑制および放電電流のピーク値の抑制というメタルバック層４の分断効果が十分に得られず、その結果耐圧特性の向上効果がそれほど発揮されない。反対に、第２のオーバーコート層５ｂのシート抵抗値が１×１０^１２Ω／□を超える場合には、分断されたメタルバック層４間の電気的接続が不十分となり、耐圧特性の観点から好ましくない。
【００２９】
このようにいくつかのブロックに分断されたメタルバック層４を有するメタルバック付き蛍光面においては、メタルバック層４の分断部の上に、両側のメタルバック層４端部に跨るように、耐熱性の無機微粒子と低融点ガラスを含む第２のオーバーコート層５ｂが設けられているので、この第２のオーバーコート層５ｂによりメタルバック層４端部の突起が覆われ放電の発生が抑制されるうえに、この第２のオーバーコート層５ｂのシート抵抗値をコントロールすることで、分断されたメタルバック層４を所望の抵抗値で電気的に接続することができる。したがって、耐圧特性をさらに向上させることができる。
【００３０】
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。このＦＥＤでは、図２に示すメタルバック付き蛍光面６を有するフェースプレート７と、マトリックス状に配列された電子放出素子８を有するリアプレート９とが、１mm〜数mm程度の狭いギャップ（間隙）Ｇを介して対向配置され、フェースプレート７とリアプレート９との極めて狭い間隙Ｇに、５〜１５ｋＶの高電圧が印加されるように構成されている。
【００３１】
フェースプレート７とリアプレート９との間隙が極めて狭いため、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、異常放電の発生が抑制されるうえに、放電が発生した場合の放電電流のピーク値が抑えられ、より耐電圧性に優れた蛍光面を得ることができる。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。また、このＦＥＤでは、メタルバック層の分断部が、光吸収層に対応する領域に限定されているので、メタルバック層の反射効果がほとんど減じない。したがって、発光輝度の実質的低下が生じない
【００３２】
次に、本発明を画像表示装置に適用した具体的実施例について説明する。
【００３３】
実施例１
ガラス基板上に黒色顔料からなるストライプ状の光吸収層をフォトリソ法により形成した後、光吸収層の間に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層を、ストライプ状でそれぞれが隣り合うようにフォトリソ法によりパターニングして形成した。こうして蛍光面を形成した。
【００３４】
次いで、この蛍光面の上に転写方式によりメタルバック層を形成した。すなわち、ポリエステル樹脂製のベースフィルム上に離型剤層を介してＡｌ膜が積層され、その上に接着剤層が塗布・形成されたＡｌ転写フィルムを、接着剤層が蛍光面に接するようにガラス基板上に配置し、上から加熱ローラーにより加熱・加圧して密着させた後、ベースフィルムを剥がして、蛍光面上にＡｌ層膜を接着した。
【００３５】
こうしてメタルバック層（Ａｌ膜）が転写・形成された蛍光面を有する基板を得た。この基板を蛍光面基板Ａとする。
【００３６】
次いで、この蛍光面基板Ａのメタルバック層の周端部に、以下の組成を有するガラスペーストをスクリーン印刷することにより被覆した後、４５０℃で３０分間加熱焼成し有機分を分解・除去した。こうして、メタルバック層の周端部にオーバーコート層を有するフロント基板Ａを得た。
【００３７】
ガラスペーストの組成
低融点ガラス材（ＳｉＯ_２・Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）…………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％
【００３８】
次に、こうして得られたフロント基板Ａにおいて、オーバーコート層のシート抵抗値を測定した後、このフロント基板Ａを使用して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フロント基板Ａ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したフロント基板Ａ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、図４に示す構造を有するＦＥＤを完成した。なお、図中符号１０はリアプレート、１１は基板、１２は表面伝導型電子放出素子、１３は支持枠、１４はフェースプレート、１５はメタルバック付き蛍光面をそれぞれ示す。
【００３９】
また、比較例１として、蛍光面基板Ａにオーバーコート層を形成することなく、そのままフェースプレートとして用いた以外は実施例１と同様にして、ＦＥＤを作製した。
【００４０】
こうして実施例１および比較例１でそれぞれ得られたＦＥＤの耐圧特性（放電電圧および放電電流）を、常法により測定した。測定結果を表１に示す。
【００４１】
表１から明らかなように、放電に至る電圧（放電電圧）は、比較例１で得られた従来構造のＦＥＤが５ｋＶであるのに対して、実施例１のＦＥＤでは１０ｋＶであり、耐圧特性が大幅に向上していた。
【００４２】
実施例２
以下の組成を有するガラスペーストを用いてオーバーコート層を形成した以外は実施例１と同様にして、フロント基板Ｂを作製し、このフロント基板Ｂを使用してＦＥＤを作製した。
【００４３】
ガラスペーストの組成
ＳｉＯ_２ …………２０wt％
低融点ガラス材（ＳｉＯ_２・Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）…………２０wt％
分散材 …………０．２wt％
樹脂（エチルセルロース） …………５．８wt％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート） …………５４wt％
【００４４】
次いで、実施例２で得られたＦＥＤの耐圧特性（放電電圧および放電電流）を、常法により測定した。測定結果を表１に示す。
【００４５】
実施例３
実施例１で作製した蛍光面基板Ａのメタルバック層を、以下に示す方法を用いて、光吸収層の上で短冊状に分断した。すなわち、光吸収層上に対応する位置にあるメタルバック層を、直径２ｍｍの針状の治具を用い３．０×１０３ｋＰａの圧力をかけて削り取ることにより、メタルバック層を分断した。こうして分断されたメタルバック層を有する蛍光面基板Ｂを作製した。
【００４６】
次いで、この蛍光面基板Ｂのメタルバック層の周端部および分断部の上に、以下の組成を有するペーストをスクリーン印刷した後、４５０℃で３０分間加熱焼成し有機分を分解・除去し、メタルバック層の周端部、および分断部の両側端部に跨って、オーバーコート層を形成した。こうして、メタルバック層の分断された端部などにオーバーコート層を有するフロント基板Ｂを得た。
【００４７】
ペーストの組成
ＭｎＯ_２微粒子（粒径０．２μｍ） …………２０wt％
低融点ガラス材（ＳｉＯ_２・Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）…………２０wt％
分散材 …………０．２wt％
樹脂（エチルセルロース） …………５．８wt％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート） …………５４wt％
【００４８】
次に、こうして得られたフロント基板Ｂにおいて、オーバーコート層のシート抵抗値を測定した後、このフロント基板Ｂを使用し、実施例１と同様にしてＦＥＤを作製した。
【００４９】
また、比較例２として、蛍光面基板Ｂにオーバーコート層を形成することなく、そのままフェースプレートとして用いた以外は実施例３と同様にして、ＦＥＤを作製した。
【００５０】
こうして実施例３および比較例２でそれぞれ得られたＦＥＤの耐圧特性（放電電圧および放電電流）を、常法により測定した。測定結果を表１に示す。
【００５１】
実施例４
以下の組成を有するペーストを用いてオーバーコート層を形成した以外は、実施例３と同様にしてフロント基板Ｂを作製し、このフロント基板Ｂを使用してＦＥＤを作製した。
【００５２】
ガラスペーストの組成
ＡＴＯ微粒子（粒径０．０５μｍ） …………２０wt％
低融点ガラス材（ＳｉＯ_２・Ｂ_２Ｏ_３・ＰｂＯ）…………２０wt％
分散材 …………０．２wt％
樹脂（エチルセルロース） …………５．８wt％
溶媒（ブチルカルビトールアセテート） …………５４wt％
【００５３】
次いで、実施例４で得られたＦＥＤの耐圧特性（放電電圧および放電電流）を、常法により測定した。測定結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】

【００５５】
表１の測定結果から、実施例２〜４で得られたＦＥＤでは、メタルバック層の周端部または分断端部にオーバーコート層が形成され、このオーバーコート層により電気的突起部となるメタルバック層の端部が被覆されているので、耐圧特性が大幅に向上していることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放電が発生する電圧値（放電電圧）が高く、耐電圧特性が向上したメタルバック付き蛍光面が得られる。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、高輝度で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２の実施形態のメタルバック付き蛍光面をアノード電極とするＦＥＤの構造を示す断面図。
【図４】本発明の実施例により形成されたメタルバック付き蛍光面を備えたカラ−ＦＥＤの斜視図。
【符号の説明】
１，７，１４………ガラス基板（フェースプレート）、２………光吸収層、３………蛍光体層、４………メタルバック層、４ａ………間隙部、５ａ………低融点ガラスを含む第１のオーバーコート層、５ｂ………耐熱性の無機微粒子と低融点ガラスをそれぞれ含む第２のオーバーコート層、６，１５………メタルバック付き蛍光面、８………電子放出素子、９，１０………リアプレート、１１………基板、１２………表面伝導型電子放出素子、１３………支持枠

Claims

フェースプレート内面に光吸収層および蛍光体層をそれぞれ有し、該蛍光体層の上に、分断され間隙部を有するメタルバック層が形成された蛍光面であり、前記メタルバック層の端部に、低融点ガラスを主成分とする絶縁性の第１の被覆層が設けられ、かつ前記メタルバック層の分断部の上に、該分断部の両側のメタルバック層端部に跨るように、金属酸化物からなる耐熱性の無機微粒子と低融点ガラスをそれぞれ含む第２の被覆層が設けられており、前記メタルバック層が、前記光吸収層の上に位置する領域の少なくとも一部で分断され、このメタルバック層の分断部の上に前記第２の被覆層が設けられていることを特徴とするメタルバック付き蛍光面。
前記第２の被覆層のシート抵抗値が、１×１０^３〜１×１０^１２Ω／□であ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２の被覆層において、前記低融点ガラスの前記無機微粒子に対する割合が、重量比で５０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載のメタルバック付き蛍光面。
フェースプレートと、前記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前記リアプレートに対向して形成され、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面とを具備し、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。