JP4237698B2

JP4237698B2 - ゲート電極構造体の製造方法および平面ディスプレイ

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Publication number: JP4237698B2
Application number: JP2004356510A
Authority: JP
Inventors: 純子余谷; 剛啓中尾; 佐四郎上村
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP2006164825A

Description

本発明は、電界電子放出型の電子源からの電子放出を制御するゲート電極構造体の製造方法およびこのゲート電極構造体を有する平面ディスプレイに関するものである。

近年、ＦＥＤ(Field Emission Display:FED)や平型蛍光表示管のような、陰極となる電子放出源から放出された電子を対向電極に形成された蛍光体からなる発光部に衝突させて発光させるフラットパネル（平面）ディスプレイ(Flat Panel Display)において、電子放出源にカーボンナノチューブ(Carbon Nano Tube)やカーボンナノファイバー(Carbon Nano Fiber)などのナノチューブ状繊維を用いたものが各種提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。図９（ａ）は、ナノチューブ状繊維を電子放出源に用いた従来の平面ディスプレイの一例を示す部分分解図、図９（ｂ）は、従来のゲート基板の断面斜視図である。

この平面ディスプレイは、ガラス等からなる基板１０１と、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０３と、基板１０１およびフロントガラス１０３それぞれに対して略平行に配設されたゲート基板１２０とを有する。基板１０１とフロントガラス１０３とは、枠状のスペーサガラス（図示せず）を介して対向配置されており、低融点のフリットガラスでそれぞれスペーサガラスに接着されることにより外囲器を構成する。この外囲器内は１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。

基板１０１には、ゲート基板１２０と対向する面に、複数の基板リブ１０２が互いに平行に所定間隔で垂設されている。基板１０１上の基板リブ１０２に挟まれた領域には、４−２６合金等の金属部材の表面にカーボンナノチューブやカーボンナノファイバー等のナノチューブ状繊維からなる電子放出源１１１を固着させた平面視略格子状の陰極１１０が配設されている。この陰極１１０の上面は、基板リブ１０２の上面と同じ高さとなっている。

フロントガラス１０３とゲート基板１２０との間には、矩形断面を有する複数のスペーサ１０４が基板リブ１０２と平行な方向に所定間隔で垂設されている。フロントガラス１０３上のスペーサ１０４に挟まれた領域には、赤色発光蛍光体膜１０５Ｒと緑色発光蛍光体膜１０５Ｇと青色発光蛍光体膜１０５Ｂとがこの順番で所定数配置されている。これら蛍光体膜１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂのガラス基板１０１に対向する面には陽極となるメタルバック膜１０６が形成されている。

外囲器内部に配設されるゲート基板１２０は、基板１０１上の基板リブ１０２とフロントガラス１０３のスペーサ１０４とに狭持される。このようなゲート基板１２０は、ガラス板１２１と、このガラス板１２１上のフロントガラス１０３側の面に形成された電界制御電極１２２と、ガラス板１２１上の基板１０１側の面に蛍光体膜１０５Ｇ，１０５Ｂ，１０５Ｒに対応して形成された帯状のゲート電極１２３と、このゲート電極１２３上に形成された絶縁層１２４とから構成される。ゲート基板１２０のゲート電極１２３と陰極１１０とが交差する領域には、電界制御電極１２２、ガラス板１２１、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を貫通する平面視略円形の電子通過孔１２５が形成されている。この電子通過孔１２５単位で平面ディスプレイの画素が構成される。

このような平面ディスプレイでは、ゲート基板１２０と陰極１１０との間にゲート基板１２０側が正の電位となるように所定の電位差を設けることにより、陰極１１０のゲート電極１２３と交差した領域から引き出された電子が電子通過孔１２５から放出される。
具体的には、まず、陰極１１０よりも正の電位となるよう電界制御電極１２２に電圧を印加し、陰極１１０表面に予め電界を印加する。さらに陰極１１０よりも正の電位となるようゲート電極１２３に電圧を印加すると、電子通過孔１２５を構成するゲート電極１２３の周面から陰極１１０に電界が印加され、陰極１１０の表面に配設された電子放出源１１１から電子が引き出される。この電子は、ゲート電極１２３に対して正の電位となるよう電圧が印加された電界制御電極１２２により加速され、電子通過孔１２５からフロントガラス１０３側に放出される。

メタルバック膜１０６に電界制御電極１２２よりも正の電位（加速電圧）が印加されていると、電子通過孔１２５から放出された電子は、メタルバック膜１０６に向かって加速され、さらにメタルバック膜１０６を貫通して蛍光体膜１０５Ｇ，１０５Ｂ，１０５Ｒに衝突する。これにより、蛍光体膜が発光する。

このような従来の平面ディスプレイにおいて、ゲート基板１２０は次のように形成されている。まず、ガラス板１２１を用意し、このガラス板１２１の一方の面に印刷法やスパッタ法等により電界制御電極１２２を形成する。次に、ガラス板１２１の他方の面に印刷法やスパッタ法等により、帯状のゲート電極１２３を形成する。次に、このゲート電極１２３を覆うように、ガラス板１２１の上記他方の面に印刷法等により絶縁層１２４を形成する。最後に、サンドブラスト法により、電界制御電極１２２、ガラス板１２１、ゲート電極１２３および絶縁層１２４を連通する電子通過孔１２５を形成する。これにより、直径約３００〜４００μｍ程度の電子通過孔１２５を有するゲート基板１２０が形成される。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開２００２−３４３２８１号公報特開２００４−１９３０３８号公報 Sashiro Uemura、他９名、Large-area FEDs with carbon-nanotube field emitter、journal of the SID、２００３年１１月１日、p.145-153

上述したような従来の平面ディスプレイにおいて、さらなる高輝度化や均一な発光を低駆動電圧で得るためには、例えば各画素を構成する電子通過孔１２５から均一に電子を引き出す必要がある。このためには、各画素の陰極１１０全面に均一に電界が印加されるように、電子通過孔１２５の直径（ゲート電極１２３の開口部の直径）と絶縁層１２４の厚さ（ゲート電極１２３と陰極１１０との距離）の比を、１：１〜２：１程度にすることが経験的に望ましいとされる（例えば、非特許文献１参照。）。これは、ゲート電極１２３と陰極１１０との距離に対して電子通過孔１２５の直径が大きくなりすぎると、陰極１１０に対するゲート電極１２３からの電界が部分的になるため、不均一な発光となったり、アノード電極の電界の影響を受けて漏れ発光などの問題が発生してしまうからである。

しかしながら、従来の平面ディスプレイでは、サンドブラスト法等により電子通過孔１２５を形成しているため、電子通過孔１２５の直径を小さくしたり、微細加工することが困難であった。電子通過孔１２５を最も小さく形成したとしても、その直径は３００〜４００μｍ程度となってしまう。このため、上記比に基づいて絶縁層１２４を形成すると、ゲート電極１２３と陰極１１０との距離も３００〜４００μｍ程度と大きくなるため、十分な輝度を得るためには駆動電圧を大きくしなければならない。そこで、本願発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、低い駆動電圧で輝度の均一化を実現することができるゲート電極構造体の製造方法および平面ディスプレイを提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明にかかるゲート電極構造体の製造方法は、複数の開口を有する平面電極上に、第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成ステップと、第１絶縁層上に、複数の開口を有するゲート電極部材を配設するゲート電極配設ステップと、ゲート電極上に、第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成ステップとを有し、平面電極の開口に対してゲート電極部材の少なくとも１つの開口が対応することを特徴とする。

上記ゲート電極構造体の製造方法において、平面電極の開口に対してゲート電極部材の複数の開口が対応するようにしてもよい。

また、上記ゲート電極構造体の製造方法において、平面電極およびゲート電極部材の少なくとも一方は、導体板からなるようにしてもよい。

また、上記ゲート電極構造体の製造方法において、ゲート電極部材は、平面視短冊状の形状を有し、第１絶縁層上に複数配設されるようにしてもよい。

また、本発明にかかる平面ディスプレイは、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、電子放出源を有し基板上に配置された陰極と、電子通過孔を有しフロントガラスと基板との間に配置されたゲート電極構造体と、真空外囲器内のフロントガラスの面上に積層された蛍光体膜および陽極電極とを備える平面ディスプレイであって、ゲート電極構造体は、陽極電極に対向配置され、複数の開口を有する平面電極と、この平面電極上に形成された第１絶縁層と、この第１絶縁層上に配設され、複数の開口を有するゲート電極部材と、このゲート電極上に形成された第２絶縁層とから構成され、平面電極の開口に対してゲート電極部材の少なくとも１つの開口が対応することを特徴とする。

上記平面ディスプレイにおいて、平面電極の開口に対してゲート電極部材の複数の開口が対応するようにしてもよい。

また、上記平面ディスプレイにおいて、ゲート電極部材に形成された開口の最小幅は、ゲート電極部材と陰極の距離の高々２倍であるようにしてもよい。ここで、開口の最小幅とは、その開口を挟む２本の平行線からなる開口の接線の距離のうち、最小の値を意味する。

また、上記平面ディスプレイにおいて、平面電極およびゲート電極部材の少なくとも一方は、導体板から構成されるようにしてもよい。

また、上記平面ディスプレイにおいて、ゲート電極部材は、平面視短冊状の形状を有し、第１絶縁層上に複数配設されるようにしてもよい。

本発明によれば、予めゲート電極部材に開口を形成することにより、そのゲート電極の開口を小さくすることが可能となるので、低い駆動電圧で輝度の均一化を実現することができる。また、予め平面電極にも開口を形成することにより、ゲート電極部材の開口および平面電極の開口を小さくできるので、微細化も実現することができる。

また、平面電極を導体板から構成することにより、第１絶縁層および第２絶縁層が割れるのを防ぐことができ、かつ、サイズも大きくすることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる平面ディスプレイの構成を示す部分断面図である。なお、本実施の形態にかかる平面ディスプレイは、ゲート基板に特徴を有するものである。したがって、背景技術の欄で説明した従来の平面ディスプレイと同等の構成要素には、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態かかる平面ディスプレイ１は、ガラス等からなる基板１０１と、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０３と、基板１０１およびフロントガラス１０３それぞれに対して略平行に配設されたゲート基板１０とを有する。基板１０１とフロントガラス１０３とは、枠状のスペーサガラス（図示せず）を介して対向配置されており、低融点のフリットガラスでそれぞれスペーサガラスに接着されることにより外囲器を構成している。この外囲器内部は、１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。

外囲器内部に配設されるゲート基板１０は、基板１０１上の基板リブ１０２とフロントガラス１０３のスペーサ１０４とに狭持される。このようなゲート基板１０は、基板１０１に対向配置される第２絶縁層１１と、この第２絶縁層１１上のフロントガラス１０３側の面に所定間隔離間して互いに平行に複数形成されたリブ１２と、このリブ１２の間に配設されたゲート電極１３と、リブ１２およびゲート電極１３上に形成された第１絶縁層１４と、この第１絶縁層１４上に配設された電界制御電極１５とから構成される。また、ゲート基板１０には、ゲート電極１３と陰極１１０とが交差する領域に第２絶縁層１１、ゲート電極１３、第１絶縁層１４および電界制御電極１５を貫通する電子通過孔１６が形成されている。

第２絶縁層１１には、平面視略矩形の開口１１ａが、例えば格子の交点のように直交する二つの軸の方向にそれぞれ所定間隔離間して複数形成されており、この開口１１ａが電子通過孔１６を構成する。このような第２絶縁層１１は、例えば、フリットガラスやＰＰＳＱ(ポリフェニルシルセスキオキサン）等から構成される。なお、隣接する開口１１ａとの間隔は、平面ディスプレイのサイズに応じて適宜自由に設定される。この第２絶縁層１１の厚さは、後述するゲート電極１３の開口部１３ｂの形状に応じて設定される。

リブ１２は、断面矩形の棒の形状を有し、第２絶縁層上の、一方の方向に隣接する開口１１ａ同士の中間に形成される。これにより、リブ１２は、隣り合うリブ１２と所定間隔離間して並設される。このようなリブ１２は、例えば、ガラス質の絶縁ペーストから構成され、ゲート電極１３と同等またはゲート電極１３よりも薄く形成されている。

図２（ａ）は、ゲート電極１３の構成を示す平面模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）のI-I線断面図である。なお、図２に記載されている各寸法の単位はμｍである。ゲート電極１３は、短冊状の形状を有する基部１３ａと、この基部１３ａの長手方向に電子通過孔１６に対応して所定間隔で形成された開口部１３ｂとから構成される。この開口部１３ｂは、図２に示すように、基部１３ａの短手方向に所定間隔で並設された３つの平面視略矩形の開口１３ｃと、隣接する開口１３ｃを隔てる梁１３ｄとから構成される。ここで、開口１３ｃの開口の直径および梁１３ｃの厚さは、第２絶縁層１１の厚さに応じて設定される。具体的には、開口１３ｃの幅と、第２絶縁層１１の厚さすなわち梁１３ｃの第２絶縁層１１側の面から陰極１１０までの距離の比が、高々２：１、より望ましくは１：１〜２：１の範囲内になるように設定される。また、梁１３ｄの厚さは、上記比を満足するように第２絶縁層１１の厚さに応じて設定され、場合によっては基部１３ｂよりも薄く形成される。この場合、梁１３ｄの第２絶縁層１１側の面を加工することにより、梁１３ｄの厚さが基部１３ｂの厚さよりも薄くなるように形成してもよい。このようなゲート電極１３は、例えば、４２−６合金等の導体からなる平板から構成される。なお、開口１３ｃの開口の幅とは、開口１３ｃが平面視矩形の形状を有する場合、少なくともその形状の短手方向の幅が上記比を満足すればよい。

第１絶縁層１４は、第２絶縁層１１の開口１１ａと同等の間隔で平面視略矩形の開口１４ａが形成されており、この開口１４ａが電子通過孔１６を構成する。このような第１絶縁層１４は、例えば、フリットガラス等から構成される。

電界制御電極１５は、第２絶縁層１１および第１絶縁層１４と同等の間隔で平面視略矩形の開口１５ａが形成されており、この開口１５ａが電子通過孔１６を構成する。この電界制御電極１５は、電子放出源１１１から引き出された電子を加速するのみならず、陽極となるメタルバック膜１０６の電界をシールドし、漏れ発光を防ぐ作用も有する。このような電界制御電極１５は、例えば、４２−６合金等の導体からなる平板から構成される。

次に、図３〜７を参照して、ゲート基板１０の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、電界制御電極１５を用意する。この電界制御電極１５には、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングまたは電界エッチング等の公知のエッチング法により予め平面視略矩形の開口１５ａが所定間隔離間して複数形成されている。

ここで、電界制御電極１５は、一例として、板厚が１５０μｍ、開口１５ａの一辺が３８０μｍの正方形の形状を有するように形成される。

次に、電界制御電極１５上にスクリーン印刷などの公知の印刷法により所定のマスクパターンを用いてフリットガラスを印刷し、焼成する。これにより、図４に示すように、電界制御電極１５の開口１５ａに対応する位置に電子通過孔１６を構成する開口１４ａが形成された第１絶縁層１４が形成される。

ここで、１絶縁層１４は、例えば１００〜１０００μｍの厚さに形成する。

次に、第１絶縁層１４上にスクリーン印刷などの公知の印刷法により所定のマスクパターンを用いてガラス質の絶縁ペーストを印刷する。これにより、図５に示すように、第１絶縁層１４上にリブ１２が形成される。このリブ１２を形成することにより、ゲート電極１３を正確に位置決めすることが可能となる。

ここで、リブ１２は、例えば、ゲート電極１３と同等の厚さ、または、ゲート電極１３よりも薄く形成する。

次に、図６に示すように、リブ１２に挟まれた第１絶縁層１４上に、ウェットエッチング、ドライエッチングまたは電界エッチング等の公知のエッチング法により予め開口部１３ｂが形成されたゲート電極１３を配設する。このとき、ゲート電極１３は、梁１３ｄ側の面を絶縁層１４側に当接させた状態で配設する。このようなゲート電極１３は、開口部１３ｂが開口１４ａに重なるように、ゲート電極１３の長手方向の一端をフリットガラス等により第１絶縁層１４上に接着することにより位置決めするようにしてもよい。

ここで、ゲート電極１３は、例えば、図２（ｂ)に示すように、板厚を１５０μｍ、梁１３ｄの厚さを１００μｍ、開口１３ｃの長手方向の径を５００μｍ、開口１３ｃの短手方向の径を１３０μｍに形成する。

次に、リブ１２およびゲート電極１３上に、スクリーン印刷などの公知の印刷法により所定のマスクパターンを用いてフリットガラスを印刷し、焼成する。これにより、図７に示すように、ゲート電極１３の開口部１３ｂに対応する位置に電子通過孔１６を構成する開口１１ａが形成された第２絶縁層１１が形成される。

ここで、第２絶縁層１１は、例えば３０μｍの厚さに形成する。

上述した方法により製造したゲート基板１０と陰極１１０との位置関係について、図８を参照して説明する。図８は、本実施の形態にかかる平面ディスプレイの要部断面図である。本実施の形態において、ゲート電極１３は、上述したように孔３ｃと梁１３ｄとから構成される開口部１３ｂを有する。このように、本実施の形態では、ゲート電極１３を導体の平板から形成することにより、予めゲート電極１３に開口部を形成することが可能となり、ゲート電極１３の開口部を分割してゲート電極１３の開口部の幅を小さくすることできるので、結果として、第２絶縁層１１の厚さを薄くする、すなわちゲート電極１３と陰極１１０との距離を短くすることができる。例えば、図８に示すように、本実施の形態では、ゲート電極１３の孔３ｃの短手方向の幅と、ゲート電極１３と陰極１１０の距離の比は、それぞれ１３０μｍと８０μｍとなり、１：１〜２：１の比を満足する。このため、陰極１１０の表面全体に均一な電界が印加されて、従来よりも広い面積から電子が放出されるため、本実施の形態では、低い駆動電圧で輝度の均一化を実現することができる。

また、本実施の形態では、図８に示すように、電界制御電極１５の開口１５ａの直径が３８０μｍであり、これは従来の平面ディスプレイの電子通過孔１２５と同等の大きさを有する。したがって、本実施の形態によれば、電子通過孔が大きい場合であっても、低い駆動電圧で輝度の均一化を実現することができる。さらに、本実施の形態では、電界制御電極１５の開口１５ａ、すなわち電子通過孔１６の直径が従来と同程度に大きいので、製造工程が容易となり、結果として低コスト化も実現することができる。

なお、本実施の形態では、ゲート電極１３および電界制御電極１５を、従来のように印刷法やスパッタ法ではなく、金属の平板から形成しているため、電子通過孔１６そのものの幅を５０〜１００μｍ程度にまで小さくすることが可能である。このため、本実施の形態では、ゲート電極１３の開口部１３ｂを上述したように開口１３ｃと梁１３ｄにより分割することなく１つの開口のみを形成した場合であっても、その開口の幅を小さくすることが可能なので、電子通過孔１６の幅と第２絶縁層１１の厚さの比を１：１〜１：２程度とすることができる。したがって、本実施の形態では、さらなる画素の微細化とともに、低い駆動電圧で輝度の均一化を実現することが可能である。

なお、本実施の形態では、電子通過孔１６の形状を平面略矩形としたが、電子通過孔１６の形状はこれに限定されず、例えば平面視略円形など適宜自由に設定することができる。この場合、開口の幅は、その開口を挟む２本の平行線からなる開口の接線の距離のうち最小の値を意味する。

また、本実施の形態では、ゲート電極１３の長手方向の一端をフリットガラス等により第１絶縁層１４上に接着するようにしたが、第１絶縁層１４上にフリットガラス等からなる接着層を形成し、この接着層上にゲート電極１３を配設するようにしてもよい。この場合、リブ１２も上記接着層上に形成される。

（ａ）本発明の平面ディスプレイの構成を示す部分断面図、（ｂ）ゲート基板１０の断面斜視図である。（ａ）ゲート電極１３の構成を示す平面模式図、（ｂ）図２（ａ）のI-I線断面図である。（ａ）ゲート基板１０の製造工程を示す部分平面図、（ｂ）図３（ａ）のI-I線断面図である。（ａ）ゲート基板１０の製造工程を示す部分平面図、（ｂ）図４（ａ）のI-I線断面図である。（ａ）ゲート基板１０の製造工程を示す部分平面図、（ｂ）図５（ａ）のI-I線断面図である。（ａ）ゲート基板１０の製造工程を示す部分平面図、（ｂ）図６（ａ）のI-I線断面図である。（ａ）ゲート基板１０の製造工程を示す部分平面図、（ｂ）図７（ａ）のI-I線断面図である。本発明にかかる平面ディスプレイの要部断面図である。（ａ）従来の平面ディスプレイの一例を示す部分分解図、（ｂ）従来のゲート基板の断面斜視図である。

符号の説明

１０…ゲート基板、１１…第１絶縁層、１１ａ…開口、１２…リブ、１３…ゲート電極、１３ａ…基部、１３ｂ…開口部、１３ｃ…開口、１３ｄ…梁、１４…第２絶縁層、１４ａ…開口、１５…電界制御電極、１５ａ…開口、１６…電子通過孔。

Claims

複数の開口を有する平面電極上に、第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成ステップと、
前記第１絶縁層上に、複数の開口を有するゲート電極部材を配設するゲート電極配設ステップと、
前記ゲート電極上に、第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成ステップと
を有し、
前記平面電極の１つの開口に対して前記ゲート電極部材の複数の開口が対応する
ことを特徴とするゲート電極構造体の製造方法。
前記平面電極および前記ゲート電極部材の少なくとも一方は、導体板からなる
ことを特徴とする請求項１記載のゲート電極構造体の製造方法。
前記ゲート電極部材は、平面視短冊状の形状を有し、前記第１絶縁層上に複数配設される
ことを特徴とする請求項１または２記載のゲート電極構造体の製造方法。
少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、電子放出源を有し前記基板上に配置された陰極と、電子通過孔を有し前記フロントガラスと前記基板との間に配置されたゲート電極構造体と、前記真空外囲器内の前記フロントガラスの面上に積層された蛍光体膜および陽極電極とを備える平面ディスプレイであって、
前記ゲート電極構造体は、
前記陽極電極に対向配置され、複数の開口を有する平面電極と、
この平面電極上に形成された第１絶縁層と、
この第１絶縁層上に配設され、複数の開口を有するゲート電極部材と、
このゲート電極上に形成された第２絶縁層と
から構成され、
前記平面電極の１つの開口に対して前記ゲート電極部材の複数の開口が対応する
ことを特徴とする平面ディスプレイ。
前記ゲート電極部材に形成された開口の最小幅は、前記ゲート電極部材と前記陰極の距離の高々２倍である
ことを特徴とする請求項４記載の平面ディスプレイ。
前記平面電極および前記ゲート電極部材の少なくとも一方は、導体板から構成される
ことを特徴とする請求項４または５記載の平面ディスプレイ。
前記ゲート電極部材は、平面視短冊状の形状を有し、前記第１絶縁層上に複数配設される
ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の平面ディスプレイ。