JP4332439B2 - ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平面電極型電子放出素子を用いたディスプレイなど、多数配線と電子放出素子を組み合わせて画像を形成するフラットディスプレイパネルに適したマトリックス配線構造に関する。

平面電極型電子放出素子を用いた大面積フラットディスプレイパネルは、マトリックス状に配列された多数の配線（マトリックス配線）の各交差部に電子放出素子を配置し、各交差部に選択的に電位をかけることにより、画像を表示するものである。

これらのマトリックス配線はいずれも、上配線と下配線の交差部に誘電体の絶縁層を配置した形で構成されている。また、上部及び下部の配線は、それぞれ電極に接地されており、その電極間に電子源を設けることにより、電子放出機能を持たせられる。また、放電を応用するディスプレイは、電子線を対向する蛍光体に照射することにより蛍光体を発光させて画像を形成する。

また、上配線と下配線を比較すると、例えばＸＧＡ規格では、下配線は１０２４本×３（ＲＧＢ）で、合計３０７２本が必要なのに対して、上配線は７６８本でよい。従って、下配線は上配線に対して、細くする必要がある。

従来、このようなパネルの基板上に配置される配線は、導電性の材料を印刷で形成する方法、特許文献１で開示されているように感光性材料を混入した導電性材料ペーストを基板上に全面に塗布し、マスク露光〜現像で配線を作る方法、銅やアルミニウムなどの抵抗の小さい金属材料をスパッタリングなどの真空プロセスで薄膜形成したあと、マスクを用いてフォトリソグラフィーでパターンを形成する方法が一般に用いられている。これらの方法では、製造装置が高価だったり、導電性の材料が高価であるという問題があった。そこで、特許文献２には、細い金属ワイヤーを、接着剤を用いて基板に布線することにより、配線を形成する方法が開示されている。

特開平３−１６３７２７号公報 特開平１１−３１２４８１号公報

平面電極型電子放出素子を用いた大面積フラットディスプレイパネルは、電子線を対向する蛍光体に照射するため、蛍光体側の基板にチャージが蓄積される。そして、蓄積されたチャージは、それと対向するマトリックス配線に、アーク放電として落ちる可能性がある。このようなアーク放電は、高エネルギーであるため、配線を断線する可能性がある。特に、下配線はパネルの構造上太くすることが困難であるため、低抵抗化が難しい。そのため、下配線にアーク放電が落ちた場合、特に断線する確率が高くなる。このように、下配線が断線した場合、ディスプレイパネルの縦ラインでの発光が欠落するため、形成される画像は非常に不鮮明となる。

図４に従来のマトリックス配線と平面電極型電子放出素子とを用いた電子源の一例の模式図を示した。また、図５に図４のＣ−Ｃ’断面図を、図６にＤ−Ｄ’断面図を示す。図中、１は絶縁性基板、４ａ，４ｂは電極、５は保護層、６は上配線、７は電子放出素子部、９は下配線である。

このようなマトリックス配線は前述の導電性材料ペーストや金属ワイヤーを用いて製造することが可能である。通常は、下配線９は上配線６との交差部の絶縁層(不図示)が存在する箇所以外、完全に露出している(図４の保護層５がない形態)。従って、このような露出部にアーク放電が落ちると、断線する可能性が高い。

また、アーク放電の電流を逃がすことができるように、下配線９を低抵抗化するため、太くすることが考えられるが、前述のように下配線９は本数が多いため、素子部７の形成領域を確保する上で太くすることはできない。また、低抵抗化する方法として、厚くすることが考えられるが、アーク電流を逃がしうる程度に厚くした場合、その上部の保護層５、上配線６の形成が困難となる。

そこで、図５に示すように、下配線９にアーク放電が落ちないように下配線９を保護層５で覆う。このような構成では、下配線９が保護層５に覆われているため、下配線９にアーク放電が落ちることはない。ところが、下配線９上に保護層５を形成するため、上配線６を設ける際、基板１表面との段差が大きくなり、図７に示すように上配線６が断線する可能性がある。また、下配線９を絶縁材料で被覆する際、図８に示すように被覆不良の可能性がある。これを回避するため、十分な絶縁材料を被覆した場合、図９に示すように、近傍の素子部７にまで絶縁材料が供給され、電子源に影響を及ぼす可能性がある。尚、図７は図４のＣ−Ｃ’断面に、図８及び図９はＥ−Ｅ’断面に相当する。

本発明は、上記したような平面電極型電子放出素子を用いた大面積フラットディスプレィパネルにおけるマトリックス配線において、アーク放電が発生しても配線の欠陥を発生することがなく、良好な画像が長期にわたり形成可能なマトリックス配線構造を提供するものである。

本発明は、下配線と、絶縁材料からなる層を介して前記下配線と交差する上配線と、前記下配線に接続された電極と、前記上配線に接続された電極と、前記下配線に接続された前記電極と前記上配線に接続された前記電極との間に設けられた電子源と、をその表面に備えた絶縁性基板、
及び、前記電子源から放出された電子線が照射される蛍光体を備え、前記絶縁性基板の前記表面に対向する対向基板、
を有するディスプレイの製造方法であって、
表面に凹溝を有する絶縁性基板の前記凹溝の内側に、導電性ワイヤーを配置して、下配線を形成する第１工程と、
前記第１工程の後に、（ｉ）前記下配線に接続する電極を、その一部が前記絶縁性基板の前記表面であって前記凹溝の外側に配置され、残りの部分が前記凹溝の内側に配置された前記導電性ワイヤーの少なくとも一部を覆うように設け、（ｉｉ）絶縁材料からなる層を介して前記下配線と交差する上配線に接続するための電極を、前記下配線に接続する前記電極から離れて、前記絶縁性基板の前記表面であって前記凹溝の外側に設ける、第２工程と、
を有しており、
前記第２工程は、前記絶縁性基板の前記表面にレジストをスピンコートし、当該スピンコートしたレジストを、前記下配線に接続する前記電極および前記上配線に接続するための前記電極のそれぞれの形状を有するようにパターニングした後、白金錯体溶液を当該パターニングしたレジストに染みこませ、焼成することによって、前記下配線に接続する前記電極と前記上配線に接続するための前記電極とを形成する工程を含むことを特徴とする。
また本発明は、下配線と、絶縁材料からなる層を介して前記下配線と交差する上配線と、前記下配線に接続された電極と、前記上配線に接続された電極と、前記下配線に接続された前記電極と前記上配線に接続された前記電極との間に設けられた電子源と、をその表面に備えた絶縁性基板、及び、
前記電子源から放出された電子線が照射される蛍光体を備え、前記絶縁性基板の前記表面に対向する対向基板、
を有するディスプレイであって、
前記絶縁性基板は、前記表面に凹溝を有していること、
前記下配線は、前記凹溝の内側に配置された、断面が円形の導電性ワイヤーであること、
前記下配線に接続された前記電極は、その一部が前記絶縁性基板の前記表面であって前記凹溝の外側に配置され、残りの部分が前記導電性ワイヤーの前記対向基板の側と前記凹溝の全体に渡って接合し、かつ、前記残りの部分の前記対向基板の側の面が平滑であること、および、
前記絶縁材料からなる層が、前記残りの部分の上に、前記凹溝を覆うように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、平面電極型電子放出素子を用いた大面積のフラットディスプレイパネルにおいて、アーク放電が発生しても、配線の欠陥を生じることがなく、良好な画像を長期にわたり提供することができる。また、本発明のマトリックス配線構造は、下配線が基板への埋め込み構造であるため、製造上の欠陥が少なく、上配線を修復する頻度が大幅に低減される。

図１に、平面電極型電子放出素子を用いたフラットディスプレイパネルの電子源基板に、本発明のマトリックス配線構造を適用した一実施形態の平面模式図を示す。図中、１は絶縁性の基板、２は凹溝、３は導電性ワイヤー、４ａ，４ｂは電極、５は保護層、６は上配線、７は電子放出素子部、８は接着材である。

本発明の特徴は、絶縁性の基板１に凹溝２を形成し、該凹溝２内に導電性ワイヤー３を配置して下配線としたことにある。ワイヤー３で配置される下配線は断線等の製造上の欠陥が生じにくく、また、凹溝２内に配置されるため、基板１の表面に段差を形成しない。よって、該下配線と接続される電極４ａ及び該下配線を覆う保護層５の表面に段差が生じず、上配線６との交差部において、上配線６に大きな段差を生じる恐れがない。また、保護層５は平滑な面に形成されるため、図８のような被覆不良を起こす恐れがなく、よって、過剰に用いて図９の如く素子部７に影響を及ぼす恐れもない。

本発明で用いられる絶縁性基板１は、ガラス、プラスチック等の絶縁体を用いることができる。また、該基板１に形成される凹溝２の形状は、ワイヤー３が収まる形状で、且つ、電極４ａの形成に影響を与えない大きさにする必要がある。凹溝２の形成方法は、基板１の材料に適した方法が用いられる。基板１がプラスチック等の塑性変形可能な材料であれば、ネガ型の基板をプレスすることにより転写する方法、モールド成形する方法などが挙げられるが、特に加工方法は限定されるものではない。また、基板１がガラス等の塑性変形が困難な材料の場合、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）のバリアリブを作製するためのサンドブラスト法などが応用される。さらには、リソグラフィ法を用いたドライ或いはウエットエッチング法なども用いられる。

本発明に用いられる導電性ワイヤー３としては、抵抗率の小さい銅、銅合金、アルミニウム、銀、金などが適している。特に、安価な銅や銅合金が好ましい。大面積ディスプレイは、６０インチサイズクラスまでが家庭に設置できる範囲であると言われているが、このサイズのディスプレイを実現するためには、銅や銀を用いた場合、下配線としては直径が１０〜１００μｍ程度の細いワイヤーが求められる。

ワイヤー３の形状は、断面が円形や矩形のものが用いられるが、特に限定されない。断面が円形の配線材料は、入手が容易で、一般的にＩＣなどのボンディング材料として市販されている直径１０〜１００μｍ程度の線材や、エナメル線用の２５〜５００μｍのものを使用することができる。所定の寸法のものを用いたい場合には、公知の延伸機によって作製されたワイヤーを用いればよい。

ワイヤー３の凹溝２内への固定方法は、凹溝２の中に予め接着材８を配置し、その上にワイヤー３を配置する方法や、凹溝２の溝幅をワイヤー３の直径に調節して、ワイヤー３を嵌め込む方法など、後のプロセスにおいてワイヤー３が凹溝２からはずれないようにすることができれば、特に限定はされない。

本発明においては、ワイヤー３を凹溝２内に配置した上に、電極４ａ，４ｂを形成する。この電極４ａ，４ｂは、例えば、スパッタリングにより金属の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行う方法、レジストを電極形状にパターニングした後、白金錯体溶液を該レジストに染みこませ、焼成する方法、などが挙げられ、電極材料としては、金、白金、パラジウム、アルミニウムなどの導電性材料が用いられる。

本発明においては、基板１に埋め込まれたワイヤー３の表面が基板１表面に露出しているため、電極４ａを形成すると同時に、電極４ａとワイヤー３との導通が自然にとれることになる。

電極４ａ，４ｂを形成した後、ワイヤー３を覆うように保護層５を形成する。保護層５は、二酸化シリコン、アルミナ、酸化鉛、酸化マグネシウム等、絶縁抵抗値の高い材料であれば用いることができる。また、保護層５の形成方法は、上記材料微粒子をペースト状にしたものを印刷し、高温で焼成する方法、フォトリソグラフィを用いてレジストのネガパターンを形成後、スパッタリングにより上記材料を成膜する方法など、公知の方法が用いられる。

最後に、ワイヤー３と直交する方向に、電極４ｂと接続するように上配線６を形成する。上配線６も、保護層５と同様の方法が用いられ、電極材料微粒子をペースト状にしたのものを印刷し、高温で焼成する方法、フォトリソグラフィ法を用いてレジストのネガパターンを形成後、スパッタリングにより電極材料を成膜する方法など、公知の方法が用いられる。

特に、上配線６は露出しているため、アーク放電にさらされる可能性が高い。そのため、アーク放電に対して耐久性のある低抵抗な構造とすることが望ましい。具体的には、本発明のマトリックス配線構造を用いて平面電極型電子放出素子を用いた大面積フラットディスプレイパネルを構成する場合、上配線６の抵抗値は、基板長において３０Ω以下とすることにより、ほぼ断線欠陥が発生しなくなる。さらに、安定したパネルを提供する場合には、上配線６の基板長における抵抗値を１０Ω以下とすることが望ましい。

(実施例１)
図１〜図３に示したマトリックス配線を作製した。

具体的には、基板１としてガラス基板を用い、該基板１上にドライフィルムレジストを積層し、露光現像により凹溝２を形成する部分のレジストのみを溶解し、サンドブラスト法を用いて凹溝２を形成した。溝幅は４０μｍとした。次いで、凹溝２内にワイヤー仮固定のための銀ペースト（接着材８に相当）を微量敷いた上に、直径３０μｍの銅製のワイヤー３を、特開平１１−３１２４８１号公報に開示されている配設装置を用いて配設した。

次に、ネガ型レジストをスピンコートした後、プロキシミティ露光により、電極４ａ，４ｂの形状に露光した。基板１上のレジスト厚は０．５μｍであった。ここで、ワイヤー３と電極４ａとの接合を強固にするために、凹溝２上は全て露光した。次いで、現像を行い、電極形状のレジスト像を得た。該レジストパターン基板を白金錯体溶液中に浸漬し、白金錯体をレジストに染みこませた後、窒素雰囲気中、５００℃で１時間焼成して、厚さ０．１μｍの白金製の電極４ａ，４ｂを得た。

上記凹溝２を覆うように、酸化鉛を主成分とする印刷用ペーストを幅５０μｍに印刷し、窒素雰囲気中、５００℃で１時間焼成して厚さ８μｍの保護層５を得た。

最後に、銀粒子をペースト状にしたインクを印刷し、窒素雰囲気中、５００℃で１時間焼成し、幅２００μｍ、厚さ８μｍの上配線６を形成した。この上配線６の基板長における配線抵抗は１２Ωであった（基板長：０．９５ｍ、配線長：０．９ｍ）。

特開平１１−３１２４８１号公報に開示されている方法により、上記マトリックス配線に、電子放出素子部７を形成し、蛍光体を備えた対向基板と対向させて真空封着して平面電極型電子放出素子を用いた大面積フラットディスプレイパネルを作製した。得られたパネルは、良好な画像を表示し、３０００時間連続点灯でも画像に変化が生じなかった。

(実施例２)
上配線６の厚さを３μｍとした以外、実施例１と同様にしてマトリックス配線を作製した。得られたマトリックス配線の上配線６の基板長における配線抵抗は３０Ωであった。本マトリックス配線を用いて、実施例１と同様にフラットディスプレイパネルを作製し、連続点灯したところ、３０００時間後に若干、パネル温度が上昇したものの、画像の変化は認められなかった。

(実施例３)
上配線６の厚さを２．５μｍとし、基板長における配線抵抗を３８Ωとした以外は、実施例１と同様にしてフラットディスプレイパネルを作製した。本パネルは、初期画像は良好であったが、連続２４時間点灯後に横方向の１ラインが発光しなくなった。パネルを分解したところ、上配線にオープンショートが確認され、ショート箇所を顕微鏡で拡大観察した結果、アーク放電による配線の溶解が認められた。一方、下配線には断線箇所は認められなかった。

(比較例１)
図４〜図６に示した従来のマトリックス配線を作製した。

凹溝２の形成とワイヤー３の配設による下配線の形成工程を行わずに、実施例１と同様にして電極４ａ，４ｂを形成した後、実施例１における上配線６の形成方法により、幅５０μｍ、厚さ５μｍの下配線９を形成した。次いで、実施例１と同様の方法で下配線９上に厚さ８μｍの保護層５を形成したが、下配線９上では、基板１表面からの高さが１３μｍとなった。また、幅は５０μｍとしたが、図８に示すように、下配線９の一部が露出してしまった。

次に、実施例１と同様の方法で、幅２００μｍ、厚さ８μｍの上配線６を形成した。該上配線６の導通テストを行ったところ、７６８本中、５本にオープンショートが発生した。これは、図７に示すように、下配線９と保護層５の厚さに起因する欠陥であると考えられる。上記オープンショートを補修した後、実施例１と同様にしてディスプレイパネルを作製し、表示テストを行った。その結果、表示直後は良好であったものの、２４時間連続点灯後に、縦方向に１３ラインが発光しなくなった。本ディスプレイを分解したところ、下配線９にオープンショートが確認された。また、ショート箇所を顕微鏡で拡大観察したところ、図８に示すような、下配線９の露出箇所にアーク放電が落ちたことによる、配線の溶解が認められた。

(比較例２)
保護層５の幅を６０μｍとした以外は比較例１と同様にしてマトリックス配線を作製したところ、図９に示すように、電子放出素子部７にまでペーストが流れて覆い隠す箇所が発生した。また、上配線６のオープンショートは８本確認された。上配線６のオープンショートを補修した後、実施例１と同様にしてディスプレイパネルを作製し、表示テストを行った。その結果、表示初期から無数の発光しない点が確認された。尚、連続点灯では、変化はなかった。

本発明のマトリックス配線と平面電極型電子放出素子を用いた電子源の一実施形態の平面模式図である。 図１のマトリックス配線構造の断面模式図である。 図１のマトリックス配線構造の断面模式図である。 従来のマトリックス配線と平面電極型電子放出素子を用いた電子源の平面模式図である。 図４のマトリックス配線構造の断面模式図である。 図４のマトリックス配線構造の断面模式図である。 図４のマトリックス配線構造の断面模式図である。 図４のマトリックス配線構造の断面模式図である。 図４のマトリックス配線構造の断面模式図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板
２ 凹溝
３ 導電性ワイヤー
４ａ，４ｂ 電極
５ 保護層
６ 上配線
７ 電子放出素子部
８ 接着材
９ 下配線

Claims (4)

1. 下配線と、絶縁材料からなる層を介して前記下配線と交差する上配線と、前記下配線に接続された電極と、前記上配線に接続された電極と、前記下配線に接続された前記電極と前記上配線に接続された前記電極との間に設けられた電子源と、をその表面に備えた絶縁性基板、
   及び、前記電子源から放出された電子線が照射される蛍光体を備え、前記絶縁性基板の前記表面に対向する対向基板、
   を有するディスプレイの製造方法であって、
   表面に凹溝を有する絶縁性基板の前記凹溝の内側に、導電性ワイヤーを配置して、下配線を形成する第１工程と、
   前記第１工程の後に、（ｉ）前記下配線に接続する電極を、その一部が前記絶縁性基板の前記表面であって前記凹溝の外側に配置され、残りの部分が前記凹溝の内側に配置された前記導電性ワイヤーの少なくとも一部を覆うように設け、（ｉｉ）絶縁材料からなる層を介して前記下配線と交差する上配線に接続するための電極を、前記下配線に接続する前記電極から離れて、前記絶縁性基板の前記表面であって前記凹溝の外側に設ける、第２工程と、
   を有しており、
   前記第２工程は、前記絶縁性基板の前記表面にレジストをスピンコートし、当該スピンコートしたレジストを、前記下配線に接続する前記電極および前記上配線に接続するための前記電極のそれぞれの形状を有するようにパターニングした後、白金錯体溶液を当該パターニングしたレジストに染みこませ、焼成することによって、前記下配線に接続する前記電極と前記上配線に接続するための前記電極とを形成する工程を含むことを特徴とするディスプレイの製造方法。
2. 前記スピンコートしたレジストを、前記凹溝の全体に渡って延在するようにパターニングすることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイの製造方法。
3. 前記第２工程の後に、前記絶縁材料からなる層を、前記凹溝を覆うように、前記下配線に接続された前記電極の上に形成する工程を有することを特徴とする請求項２に記載のディスプレイの製造方法。
4. 下配線と、絶縁材料からなる層を介して前記下配線と交差する上配線と、前記下配線に接続された電極と、前記上配線に接続された電極と、前記下配線に接続された前記電極と前記上配線に接続された前記電極との間に設けられた電子源と、をその表面に備えた絶縁性基板、及び、
   前記電子源から放出された電子線が照射される蛍光体を備え、前記絶縁性基板の前記表面に対向する対向基板、
   を有するディスプレイであって、
   前記絶縁性基板は、前記表面に凹溝を有していること、
   前記下配線は、前記凹溝の内側に配置された、断面が円形の導電性ワイヤーであること、
   前記下配線に接続された前記電極は、その一部が前記絶縁性基板の前記表面であって前記凹溝の外側に配置され、残りの部分が前記導電性ワイヤーの前記対向基板の側と前記凹溝の全体に渡って接合し、かつ、前記残りの部分の前記対向基板の側の面が平滑であること、および、
   前記絶縁材料からなる層が、前記残りの部分の上に、前記凹溝を覆うように設けられていることを特徴とするディスプレイ。

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