(57)【要約】【課題】平面型表示装置におけるパネル間ギャップを確保するためのセラミックススペーサの特性を安定させること。【解決手段】本発明は、一対のパネル１１、１２間のギャップを設定する構造体であり、主成分となるセラミックスに導電性付与材料が添加されたセラミックススペーサ１０において、セラミックスの平均粒径が０．３５μｍ以上、５μｍ以下となっているものである。また、セラミックスの平均粒径として、このセラミックスの抵抗特性における温度依存性と平均粒径との関係から温度依存性が８％／℃以下となり、しかも構造体が一対のパネル１１、１２間でギャップを設定するのに必要な耐加圧を満たす値となっているものである。また、このセラミックススペーサ１０を用いた平面型表示装置１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のパネル間のギャップを設定する構造体であり、主成分となるセラミックスに導電性付与材料が添加されたセラミックススペーサにおいて、
前記セラミックスの平均粒径が０．３５μｍ以上、５μｍ以下となっている
ことを特徴とするセラミックススペーサ。
【請求項２】
一対のパネル間のギャップを設定する構造体であり、主成分となるセラミックスに導電性付与材料が添加されたセラミックススペーサにおいて、
前記セラミックスの平均粒径として、このセラミックスの抵抗特性における温度依存性と平均粒径との関係から前記温度依存性が８％／℃以下となり、しかも前記構造体が前記一対のパネル間でギャップを設定するのに必要な耐加圧を満たす値となっている
ことを特徴とするセラミックススペーサ。
【請求項３】
前記セラミックスはアルミナから成る
ことを特徴とする請求項１記載または２記載のセラミックススペーサ。
【請求項４】
前記導電性付与材料はモリブデンから成る
ことを特徴とする請求項１記載または２記載のセラミックススペーサ。
【請求項５】
前記導電性付与材料はチタニウム酸化物から成る
ことを特徴とする請求項１記載または２記載のセラミックススペーサ。
【請求項６】
前記導電性付与材料として、ニオブ酸化物、タングステン酸化物、ニッケル酸化物、アルミニウム窒化物、マグネシウム酸化物、ベリリウム酸化物のうち、少なくとも１種類が含まれる
ことを特徴とする請求項１記載または２記載のセラミックススペーサ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６に記載のセラミックススペーサを用いる
ことを特徴とする平面型表示装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項６に記載のセラミックススペーサを用い、前記一対のパネルの一方を発光側パネル、他方を電子線供給側パネルとする
ことを特徴とする平面型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のパネル間のギャップを設定する構造体を有するセラミックススペーサおよび平面型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面型表示装置の一つであるＦＥＤ（Field Emission Display）は、一対のパネルである発光部（フェースプレート）と電子線供給部（カソードプレート）との間隔を適正に保つために、スペーサが配置されている。このスペーサは、適度に導電性をもつことが望まれ、半導体セラミックスを用い方法等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５２４２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スペーサの材料として用いられる半導体セラミックスは、一般に抵抗特性が温度に依存する。この依存性が大きすぎると以下の問題が発生する。
（１）低温：抵抗が高くなりすぎ、スペーサ表面のチャージアップが発生。スペーサ周囲の電子ビームの軌道を変化させ、画像上に特異点を生じる。
（２）高温：抵抗が低下→発熱量上昇→更に温度上昇→抵抗が更に低下…というスパイラル、いわゆる熱暴走に陥りやすくなる。
【０００５】
上記の観点から、ＦＥＤに用いるセラミックススペーサの温度依存性は極力低いことが望まれるが、従来のセラミックススペーサにおいては適正な温度依存性を考慮した材料の設定は行われておらず、特性（温度依存性）のばらつきを起こす原因となっている。したがって、このようなセラミックススペーサを用いて平面型表示装置を製造すると、上記のような低温側、高温側での問題が発生し、品質の低下や故障を招いてしまうことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、一対のパネル間のギャップを設定する構造体であり、主成分となるセラミックスに導電性付与材料が添加されたセラミックススペーサにおいて、セラミックスの平均粒径が０．３５μｍ以上、５μｍ以下となっているものである。また、セラミックスの平均粒径として、このセラミックスの抵抗特性における温度依存性と平均粒径との関係から温度依存性が８％／℃以下となり、しかも構造体が一対のパネル間でギャップを設定するのに必要な耐加圧を満たす値となっているものである。また、本発明は、このセラミックススペーサを用いた平面型表示装置である。
【０００７】
このような本実施形態では、セラミックスの平均粒径を制御することでセラミックスの温度依存性を実用上十分な値に抑制できるとともに、構造体がパネル間キャップを設定するのに必要な耐加圧を満たすセラミックススペーサを安定して提供できるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、抵抗の温度依存性が低減されたセラミックススペーサを提供することが可能となる。また、低温下でのスペーサのチャージアップを低減することができるとともに、高温下での抵抗値低下による平面型表示装置の熱暴走を抑制することが可能となる。さらに、セラミックスススペーサを作製する前からセラミックスの平均粒径を制御することで、必要な温度依存特性のスペーサを容易に設計できるようになる。これらによって、温度特性の安定した平面型表示装置を高品質で提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るセラミックススペーサを用いる平面型表示装置の概略構成を説明する分解斜視図である。この平面型表示装置１は、主としてＦＥＤ（Field Emission Display）からなるもので、第１のパネル１１と第２のパネル１２とが真空層を挟んで対向して配置され、第１のパネル１１と第２のパネル１２とのギャップを一定にするため、パネル周縁部に枠体１３が設けられている。また、パネル中央部分となる有効領域Ｓ（図中斜線領域）でのギャップを一定に保つため、有効領域Ｓ内に本実施形態のセラミックススペーサ１０が配置されている。セラミックススペーサ１０は薄板状の構造体であり、高さ方向はパネル間ギャップと等しく、複数個が所定の間隔で配置されている。
【００１０】
ＦＥＤから成る平面型表示装置１では、例えば第１のパネル１１を発光部（フェースプレート）、第２のパネル１２を電子線供給部（カソードプレート）として構成し、両パネル間に高電圧が印加される。カソードプレートとなる第２のパネル１２の有効領域Ｓには微小な電子線放出素子がマトリクス状に複数形成されており、各電子線放出素子から出射される電子線がフェースプレートである第１のパネル１１の有効領域Ｓに設けられた画素毎の蛍光体に照射され、蛍光体の発光によって画像を表示することになる。
【００１１】
ＦＥＤからなる平面型表示装置１に用いられるセラミックススペーサ１０としては、パネル間のギャップを的確に保つために必要な耐加圧を満たす構造体であることはもちろん、パネル間に印加される高電圧の影響を考慮して、適度な導電性を持つことも望まれている。したがって、セラミックススペーサ１０に導電性を持たせるため、主成分となるセラミックスに所定の導電性付与材料を添加している。
【００１２】
ここで、導電性付与材料を添加したセラミックスには一般的に抵抗特性が温度に依存する温度依存性（以下、「ＴＣＲ」と言う。）が存在する。このＴＣＲが大きすぎると、低温側では抵抗値が高くなりすぎ、スペーサ表面のチャージアップが発生し、スペーサ周囲の電子ビームの軌道を変化させ、画像上に特異点を生じさせるという問題が生じる。また、高温側では抵抗値が低下して発熱量が上昇し、更に温度上昇、抵抗の更なる低下…というスパイラルが発生し、いわゆる熱暴走に陥りやすくなるという問題が生じる。
【００１３】
本実施形態では、このような低温側、高温側、両方での問題を発生させないようにするため、平面型表示装置１のパネル間ギャップを設定するセラミックススペーサ１０のＴＣＲを制御し、平面型表示装置１に用いた場合の製品信頼性および品質を向上させる点に特徴がある。
【００１４】
具体的には、ＴＣＲがセラミックスの平均粒径に依存すること、およびセラミックスの平均粒径は、セラミックスに添加される導電性付与材料の粒径と相関関係があることを利用して、セラミックスのＴＣＲを制御している。
【００１５】
なお、ＴＣＲの値は、次のように算出される式で求めることができる。
【００１６】
一般に半導体セラミックスの体積固有抵抗率Ｒは近似的に、温度Ｔに対して、アレニウスの式に従って変化することが知られている。
アレニウスの式：Ｒ＝Ａ＊ｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）
ここで、ＡとＢは半導体セラミックスに固有の常数で、実験的に求められる値である。
【００１７】
一方で、温度による抵抗の変化率：ＴＣＲは、以下の式で表わせる。
ＴＣＲ＝（ｄＲ／ｄＴ）＊（１／Ｒ）
【００１８】
このＲに、前述のアレニウスの式を適用すると、ＴＣＲは以下のようになる。
ＴＣＲ＝Ｂ/Ｔ^２
【００１９】
この式が示す様に、実験により近似の常数Ｂを求めれば、ある温度におけるＴＣＲを求めることができる。
【００２０】
なお、本件ではＴＣＲ算出に、Ｔ＝２７３Ｋを用いた。
【００２１】
図２は、セラミックススペーサの主成分であるセラミックスとして用いられるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に導電性付与材料である酸化チタン（ＴｉＯ2）とモリブデン（Ｍｏ）を添加した場合のＴＣＲとアルミナ平均粒径との関係を示す図である。この図のように、アルミナの平均粒径が大きくなるほどＴＣＲが小さくなることが分かる。
【００２２】
ＦＥＤから成る平面型表示装置のセラミックススペーサとして求められるＴＣＲは、いかなる駆動条件であっても８％／℃を上回ると、上記のような低温側での問題および高温側の問題を解決することが極めて困難となるか、全く解決できないことが想定される。したがって、図２に示す関係より、ＴＣＲが８％／℃以下となるアルミナの平均粒径０．３５μｍをアルミナの平均粒径の下限としている。
【００２３】
さらに、駆動エネルギーを４５Ｗ程度と想定すると、高温の問題（熱暴走）を解決するためには、ＴＣＲは６．１％／℃以下（常温下の比抵抗５．７ＧΩ・ｃｍ以上）にする必要があることが確認されている。したがって、この条件を満足するためにはアルミナの平均粒径を１．５μｍ以上にする必要がある。
【００２４】
また、さらに高い駆動エネルギー下でも問題を解決する、あるいは、設計製造許容量を増すためには、ＴＣＲを５％／℃以下にすることが望ましい。これを実現させるには、アルミナの平均粒径を２．１μｍ以上にすれば良い。
【００２５】
一方で、アルミナの平均粒径が大きくなりすぎると、セラミックスの焼結密度が下がることにより、セラミックススペーサとしての構造体の強度や絶縁性に欠陥が生じてしまう。そこで、アルミナの平均粒径は５μｍを超えないようにすることが必要となる。
【００２６】
上記のような値にアルミナの平均粒径を制御するため、本実施形態ではアルミナに添加する導電性付与材料の材料粒径を制御している。図３は、導電性付与材料であるモリブデン（Ｍｏ）の平均粒径とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の平均粒径との関係を示す図である。このように、モリブデンの平均粒径とアルミナの平均粒径には正の相関関係があることが分かる。
【００２７】
一般に複合材料の焼成において、第１相の平均粒径が、第２相の平均粒径と体積率と相関をもつ、Ｚｅｎｅｒの関係に従う場合がある。
【００２８】
Ｚｅｎｅｒの関係の引用文献としては、C.S.Smith:Trans.Metall.Soc.AIME,175,15-51(1948)が挙げられる。
【００２９】
Ｚｅｎｅｒの関係によれば、第１相の平均粒径Gが次式に従う。
Zenerの関係：G=k*rp/fp
ここで、G：第１相（本実施形態ではＡｌ2Ｏ3）の平均粒径、k：常数、rp：第２相（本実施形態ではＭｏ）の平均粒径、fp：第２相（本実施形態ではＭｏ）の体積率である。
【００３０】
なお、この関係に従うものであれば、第２相の素材は、モリブデンに限定されることはない。第２相は、チタニウム酸化物、ニオブ酸化物、タングステン酸化物、ニッケル酸化物、アルミニウム窒化物、マグネシウム酸化物、ベリリウム酸化物であっても良い。
【００３１】
本実施形態では、上記の関係に基づき添加する導電性付与材料の粒径制御によってセラミックスの平均粒径を調整できるため、設計の段階から完成後のセラミックスの平均粒径を制御できることになる。
【００３２】
次に、本実施形態で適用する材料の平均粒径の求め方について説明する。先ず、図４に示すように、セラミックスの表面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて写真撮影する。ＳＥＭの反射電子像では重い元素ほど明るく見えるため、写真のコントラストから各粒子の材質を判別することができる。図４では、セラミックスとしてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、導電性付与材料として酸化チタン（ＴｉＯ2）およびモリブデン（Ｍｏ）が写し出されている。
【００３３】
次に、このＳＥＭ写真の画像を解析して、平均粒径を求める。本実施形態では、市販の画像処理解析ソフトウェア（例えば、株式会社ニレコ製、”LUZEX AP ver1.30”）を用いて平均粒径の算出を行う。例えば、アルミナ粒子の平均粒径を求める場合、次のような手順で処理する。なお、モリブデン等の平均粒径も同様に求めることができる。
【００３４】
先ず、ＳＥＭ写真の画像のコントラストからアルミナ粒子のみを選択する。図５は、ＳＥＭ写真からアルミナ粒子のみが選択された場合の画像を示している。次に、選択した粒子の面積を求め、次の式に基づいて粒径φに換算する。
【００３５】
φ＝√（４・Ｓ／π）
ここで、Ｓは各粒子の面積である。
【００３６】
次いで、上記の式によって各々のアルミナ粒子の粒径φを求め、平均粒径を算出する。なお、粒径は図６に示すような対数軸に対して正規分布となる場合が多い。そこで、平均粒径を求める時には、データを対数化してから平均値をとり、その結果を通常の粒径の単位を持った値に戻すようにする。すなわち平均粒径φ'は以下のように表わされる。
φ'＝10＾（Σlogφ/n）
ここで、n:アルミナ粒子の総数、Σlogφ：全てのアルミナ粒径を対数化した値の総和を示す。
【００３７】
例えば、解析範囲に３つの粒子があり、それぞれの粒径が１μｍ、２μｍ、４μｍであったとすると、平均粒径φ’は以下のようになる。
【００３８】
φ’＝１０a、ここで、ａ＝（log１＋Log２＋log４）／３＝０．３０１０３
したがって、φ’＝１０0.30103＝２μｍとなる。
【００３９】
以上説明したように、セラミックスの平均粒径を制御することで設計の段階からＴＣＲをＦＥＤに対して実用上十分な値に抑制でき、また、セラミックススペーサの構造体としてパネル間キャップの設定に必要な耐加圧を満たすよう設計することが可能となる。これにより、セラミックススペーサを安定して提供できるようになる。なお、本実施形態のセラミックススペーサは、ＦＥＤ以外の平面型表示装置であってもパネル間に高電圧が印加されるスペーサであれば適用可能である。また、セラミックスとしてはアルミナ以外のものであっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係るセラミックススペーサを用いる平面型表示装置の概略構成を説明する分解斜視図である。
【図２】セラミックスのＴＣＲとアルミナ平均粒径との関係を示す図である。
【図３】モリブデン（Ｍｏ）の平均粒径とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の平均粒径との関係を示す図である。
【図４】セラミックス表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図５】ＳＥＭ写真の画像からアルミナ粒子を選択した状態を示す図である。
【図６】平均粒径の求め方を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…平面型表示装置、１０…セラミックススペーサ、１１…第１のパネル、１２…第２のパネル、１３…枠体
【図１】
2006040740.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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