JP5170835B2

JP5170835B2 - 蛍光表示管とその製造方法

Info

Publication number: JP5170835B2
Application number: JP2008124081A
Authority: JP
Inventors: 板倉和彦; 鈴木敏夫; 和田博之; 落合恵三
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP2009272260A

Description

本願発明は、蛍光表示管とその製造方法に関し、特に蛍光表示管のアノード基板の構造に関する。

図３により、従来の蛍光表示管の概要を説明する。
図３は、蛍光表示管の斜視図で、真空容器の一部を切除してある
蛍光表示管は、アノード基板１１１、アノード基板に対向する平面基板１１２、側面部材１１３からなる真空容器（気密容器）内に、電子源のフィラメントＦ、フィラメントＦから放出される電子を制御するグリッドＧ、蛍光体を被着した多数のアノード電極１４を備えている。アノード電極１４の蛍光体は、フィラメントＦから放出される電子によって発光する。
アノード基板１１１には、各アノード１４に表示データ（パルス状の電圧）を供給するアノード配線（図示せず）を形成し、その上にアノード配線を覆うようにＳｉＯ₂の絶縁膜（図示せず）を形成し、その上にアノード電極１４を形成してある。そしてアノード電極１４の夫々は、対応するアノード配線と絶縁膜のスルーホール（図示せず）を介して電気的に接続されている。
図２は、従来のアノード基板の構造を示す（例えば特許文献１参照）。
図２は、図３のアノード基板１１１のアノード電極の一部を拡大した図である。
図２（ａ）は、平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）においてアノード電極上の蛍光体を省略した図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図２（ｄ）は、アノード配線のヒロック（火ぶくれ）を説明する図である。
ガラスのアノード基板１１１には、アルミニウムのアノード配線１３を形成し、その上にアノード配線１３を覆うようにＳｉＯ₂の絶縁膜１２を形成し、その上にアルミニウムのアノード電極１４を形成してある。アノード電極１４には、開口部１４１を形成してある。アノード配線１３とアノード電極１４は、絶縁膜１２のスルーホール１２１内のアルミニウムを介して電気的に接続されている。アノード電極１４には蛍光体１５を被着してある。
アノード配線１３、絶縁層１２及びアノード電極は、薄膜からなり、それらの膜厚は、通常μｍオーダである。またアノード配線１３やアノード電極１４は、通常アルミニウムで形成されている。
アノード基板１１１は、アノード基板形成後の製造工程、例えば真空容器の組立工程（封着工程）、封止工程を経て蛍光表示管に組立てられ、蛍光表示管が完成する。アノード基板１１１は、アノード基板形成後の製造工程において加熱されるため、アノード基板１１１上のアノード配線１３は、図２（ｄ）のように、ガラスの基板１１１から膨れ上がり、いわゆるヒロック（火ぶくれ）１３１のできることがある。ヒロック１３１は、アノード配線１３の断線の原因になり、またヒロック１３１により絶縁層１２にひび割れが生じて、絶縁不良の原因になる。

特開２００３−６８１８９号公報

本願発明者は、ヒロックの発生原因について、種々の実験を重ねた結果、アノード基板１１１は、アノード基板形成後の工程で４００〜５００℃に加熱されるため、アルミニウムのアノード配線１３が膨張し、常温に戻ったときにもヒロック１３１が残ってしまうことを突き止めた。即ちアノード配線１３のヒロックの原因は、アルミニウムの加熱時の熱膨張によることが分かった。
本願発明は、前記実験結果を活かしてアノード配線にヒロックが生じないアノード基板を備えた蛍光表示管とその製造方法を提供することを目的とする。

本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の蛍光表示管は、真空容器内に電子源、グリッド及びアノード電極を備えた蛍光表示管において、ガラスのアノード基板に高融点金属のアノード配線を形成し、そのアノード配線の上にアノード配線を覆うようにＳｉＯｘの絶縁膜を形成し、その絶縁膜の上にアルミニウムのアノード電極を形成し、アノード配線とアノード電極は絶縁膜のスルーホールのアルミニウムを介して電気的に接続されており、
前記アノード電極と前記アノード配線は夫々複数個形成してあり、前記スルーホールはアノード電極毎に形成してあり、前記アノード電極は夫々複数の開口部を有し、前記アノード配線の夫々は、前記アノード電極夫々の複数個の開口部の内、前記アノード配線毎に異なる開口部に対向する位置に配置してあり、前記アノード電極は、夫々前記複数個のアノード配線の内の対応する1個のアノード配線と前記スルーホールのアルミニウムを介して電気的に接続してあり、
前記アノード配線の膜厚は０．１μｍ〜１μｍ、前記絶縁膜の膜厚は０．２μｍ〜２μｍ、前記アノード電極の膜厚は０．１μｍ〜２μｍであることを特徴とする。
請求項２に記載の蛍光表示管は、請求項１に記載の蛍光表示管において、前記高融点金属は、ニオブであることを特徴とする。
請求項３に記載の蛍光表示管の製造方法は、真空容器内に電子源、グリッド及びアノード電極を備えた蛍光表示管の製造方法において、ガラスのアノード基板にスパッタ法により高融点金属の膜を形成し、その高融点金属の膜をフォトエッチングして複数個のアノード配線を形成し、アノード配線の上にアノード配線を覆うようにプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯｘの絶縁膜を形成し、その絶縁膜をドライエッチングしてアノード電極毎にテーパーを有するスルーホールを形成し、その絶縁膜の上にスパッタ法によりアルミニウムの膜を形成し、そのアルミニウムの膜をフォトリソ法によりパターニングして複数の開口部を有する複数個のアノード電極を形成し、
前記アノード配線の夫々は、前記アノード電極夫々の複数個の開口部の内、前記アノード配線毎に異なる開口部に対向し、前記複数個のアノード電極は、夫々前記複数個のアノード配線の内の対応する1個のアノード配線と前記スルーホールのアルミニウムを介して電気的に接続されており、
前記アノード配線の膜厚は０．１μｍ〜１μｍ、前記絶縁膜の膜厚は０．２μｍ〜２μｍ、前記アノード電極の膜厚は０．１μｍ〜２μｍに形成することを特徴とする。
請求項４に記載の蛍光表示管の製造方法は、請求項３に記載の蛍光表示管の製造方法において、前記高融点金属は、ニオブであることを特徴とする。

本願発明は、蛍光表示管のガラスのアノード基板に線膨張係数がアルミニウムより小さい高融点金属のアノード配線を形成してあるから、蛍光表示管の製造工程において、そのアノード基板が加熱されてもアノード配線にヒロックが生じない。したがってアノード配線は、ヒロックにより断線することがなく、また絶縁膜は、アノード配線のヒロックによりひび割れて絶縁不良になることがない。
高融点金属は、アノード基板のガラスに含まれるＮａ₂Ｏによって腐食され難いから、ガラスの基板上にアノード配線を形成しても、そのアノード配線が腐食により断線することは少ない。
本願発明は、アノード配線がアノード電極の開口部と対向する位置に配置してあるから、アノード配線とアノード電極の間の静電容量が小さくなり、充放電電流が小さくなるから無効電力が低減する。
本願発明のアノード配線の膜厚は、０．１μｍ〜１μｍであるから抵抗が小さく、絶縁膜の上面が平らになる。本願発明の絶縁膜の膜厚は、０．２μｍ〜２μｍであるからアノード配線を十分に被覆でき、ひび割れも生じ難い。本願発明のアノード電極の膜厚は、０．１μｍ〜２μｍであるから抵抗が小さく、絶縁膜のひび割れや剥離が生じ難い。

図１により本願発明の実施例に係る蛍光表示管のアノード基板を説明する。

図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）においてアノード電極上の蛍光体を省略した図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図である。
蛍光表示管の構造は、図３の蛍光表示管と同じであり、アノード配線、絶縁層、アノード電極の配置は、図２と同じである。
低アルカリガラスのアノード基板２１にニオブ（Ｎｂ）のアノード配線２３を形成し、その上にアノード配線２３を覆うようにＳｉＯ₂の絶縁膜２２を形成し、その上にアルミニウムのアノード電極２４を形成してある。アノード電極２４には、開口部２４１を形成してある。アノード配線２３とアノード電極２４は、絶縁膜２２のスルーホール２２１のアルミニウムを介して電気的に接続されている。アノード電極２４には蛍光体２５を被着してある。
アノード基板２１のガラスには、Ｎａ₂Ｏの含有量が３〜５ｗｔ％の低アルカリガラスを用いたが、一般のソーダライムガラス（Ｎａ₂Ｏの含有量１３ｗｔ％）も使用できる。また絶縁膜２２は、ＳｉＯ₂に限らずＳｉＯ_Xでよい。

アノード基板２１上のアノード配線２３にニオブを用いた結果、アノード配線２３は、アノード基板形成後の製造工程において加熱されてもヒロックの生じないことが確認できた。ニオブは、アルミニウムに比べて線膨張係数が小さいから、そのためにアノード配線２３にヒロックが生じないものと考えられる。
アノード配線２３は、ニオブを用いて形成すればアノード基板形成後の製造工程においてヒロックが生じないから、アノード配線が断線したり、絶縁不良になったりする恐れがない。

ここでアルミニウムとニオブの線膨張係数等についてみると、アルミニウムは、融点６６０（℃）、線膨張係数２３．５（１０^-6／Ｋ）であるのに対して、ニオブは、融点２４６７（℃）、線膨張係数７．２（１０^-6／Ｋ）であるから、この線膨張係数の違いにより、アルミニウムのアノード配線にはヒロックが生じるが、ニオブのアノード配線にはヒロックが生じないものと考えられる。一般に融点の高い金属は、線膨張係数が小さいと言われていから、ニオブ以外の高融点金属と呼ばれている、モリブデン（融点２６２０（℃）、線膨張率５．１（１０^-6／Ｋ））、タングステン（融点３４００（℃）、線膨張率４．５（１０^-6／Ｋ））、ジルコニウム（融点４４００（℃）、線膨張率５．９（１０^-6／Ｋ））、タンタル（融点３０１５（℃）、線膨張率６．５（１０^-6／Ｋ））等も、アノード配線に用いることができる。

アルミニウムは、ガラスに含まれるＮａ₂Ｏに腐食され易いため、アノード基板には、無アルカリガラスを用いるか、或いはソーダライムガラスや低アルカリガラスを用いる場合には、ガラスの表面にＮａイオンの拡散防止膜を形成しなければならないが、ニオブ等の高融点金属は、Ｎａ₂Ｏに腐食され難いため駆動電圧が低い（１２Ｖ以下）場合には、ソーダライムガラスに直接アノード配線を形成することができし、低アルカリガラスの場合には、駆動電圧が高い場合にもガラスに直接アノード配線を形成することができる。即ちアノード配線がニオブの場合には、アノード基板に無アルカリガラスを用いなくても、アノード配線が腐食されることがない。
また図１のアノード配線２３は、アノード電極２４の開口部２４１と対向する位置に配置してあるから、アノード配線２３とアノード電極２４の間の静電容量が小さくなり、充放電電流が小さくなるため無効電力を低減できる。

次に図１のアノード配線２３等の膜厚等について説明する。
アノード配線２３は、線幅１５μｍ、線間隔１５μｍ、膜厚０．４μｍ、絶縁膜２２は、膜厚１μｍ、アノード電極２４は、膜厚１μｍである。スルーホール２２１は、直径１５μｍの円形又は幅６μｍ・長さ３０μｍの楕円形である。アノード配線２３は、膜厚が０．１μｍ以下になると抵抗が大きくなり、１μｍ以上になると絶縁膜２２の上面が不均一になる（平らにならない）。絶縁膜２２は、膜厚が０．２μｍ以下になるとアノード配線２３の被覆が不十分になり、２μｍ以上になるとひび割れが生じ易くなる。アノード電極２４は、膜厚が０．１μｍ以下になると抵抗が大きくなり、２μｍ以上になると絶縁膜２２のひび割れや剥離の原因になる。またアノード配線２３の線幅は、１０〜５０μｍに設定するのが望ましい。

次にアノード配線２３、絶縁膜２２、アノード電極２４の形成方法について説明する。
まずガラスのアノード基板２１にスパッタ法によりニオブの膜を形成し、フォトエッチング法によりアノード配線２３を形成する。次にアノード配線２３の上にアノード配線２３を覆うようにプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂の絶縁膜２２を形成する。絶縁膜２２にドライエッチング法によりテーパーを有するスルーホール２２１を形成する。その絶縁膜２２の上にスパッタ法によりアルミニウムの膜を形成し、フォトリソ法によりパターニングしてアノード電極２４を形成する。スルーホール２２１は、アルミニウムの膜を形成するときアルミニウムによって埋められるから、アノード配線２３とアノード電極２４はそのアルミニウムによって電気的に接続される。

本願発明の実施例に係る蛍光表示管のアノード基板の構造を示す。従来の蛍光表示管のアノード基板の構造を示す。従来の蛍光表示管の構成を示す。

符号の説明

２１アノード基板
２２絶縁膜
２３アノード配線
２４アノード電極
２５蛍光体

Claims

真空容器内に電子源、グリッド及びアノード電極を備えた蛍光表示管において、ガラスのアノード基板に高融点金属のアノード配線を形成し、そのアノード配線の上にアノード配線を覆うようにＳｉＯｘの絶縁膜を形成し、その絶縁膜の上にアルミニウムのアノード電極を形成し、アノード配線とアノード電極は絶縁膜のスルーホールのアルミニウムを介して電気的に接続されており、
前記アノード電極と前記アノード配線は夫々複数個形成してあり、前記スルーホールはアノード電極毎に形成してあり、前記アノード電極は夫々複数の開口部を有し、前記アノード配線の夫々は、前記アノード電極夫々の複数個の開口部の内、前記アノード配線毎に異なる開口部に対向する位置に配置してあり、前記アノード電極は、夫々前記複数個のアノード配線の内の対応する1個のアノード配線と前記スルーホールのアルミニウムを介して電気的に接続してあり、
前記アノード配線の膜厚は０．１μｍ〜１μｍ、前記絶縁膜の膜厚は０．２μｍ〜２μｍ、前記アノード電極の膜厚は０．１μｍ〜２μｍであることを特徴とする蛍光表示管。
請求項１に記載の蛍光表示管において、前記高融点金属は、ニオブであることを特徴とする蛍光表示管。
真空容器内に電子源、グリッド及びアノード電極を備えた蛍光表示管の製造方法において、ガラスのアノード基板にスパッタ法により高融点金属の膜を形成し、その高融点金属の膜をフォトエッチングして複数個のアノード配線を形成し、アノード配線の上にアノード配線を覆うようにプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯｘの絶縁膜を形成し、その絶縁膜をドライエッチングしてアノード電極毎にテーパーを有するスルーホールを形成し、その絶縁膜の上にスパッタ法によりアルミニウムの膜を形成し、そのアルミニウムの膜をフォトリソ法によりパターニングして複数の開口部を有する複数個のアノード電極を形成し、
前記アノード配線の夫々は、前記アノード電極夫々の複数個の開口部の内、前記アノード配線毎に異なる開口部に対向し、前記複数個のアノード電極は、夫々前記複数個のアノード配線の内の対応する1個のアノード配線と前記スルーホールのアルミニウムを介して電気的に接続されており、
前記アノード配線の膜厚は０．１μｍ〜１μｍ、前記絶縁膜の膜厚は０．２μｍ〜２μｍ、前記アノード電極の膜厚は０．１μｍ〜２μｍに形成することを特徴とする蛍光表示管の製造方法。
請求項３に記載の蛍光表示管の製造方法において、前記高融点金属は、ニオブであることを特徴とする蛍光表示管の製造方法。