(57)【要約】【課題】抵抗温度係数の絶対値が小さく熱暴走を抑制する効果に優れ、十数ｋＶの高電圧が印加されても異常放電が生じないように耐電圧性に優れ、しかも、電子ビームの偏向が起こりにくいスペーサと、それを備えた平面型画像表示装置を提供する。【解決手段】平面型画像表示装置のスペーサを、ガラス基材の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有する構成とする。或いは、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜を有し、さらにその上に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有する構成とする。【選択図】図１
2008181686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源を備えたカソード基板と、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード基板と、前記カソード基板と前記アノード基板の間に配置され両基板を支持するスペーサを具備する平面型画像表示装置において、前記スペーサが、ガラス基材の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有するものからなることを特徴とする平面型画像表示装置。
【請求項２】
前記ガラス基材の抵抗値Ｒｓに対して、前記薄膜の抵抗値Ｒｆが
０．０１Ｒｓ≦Ｒｆ≦Ｒｓ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
【請求項３】
前記ガラス基材が電子伝導性ガラスよりなることを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
【請求項４】
前記金属的な電気伝導性を示す物質が、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
【請求項５】
前記酸化物マトリックスが、Ｇａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３から選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
【請求項６】
前記酸化物マトリックスが、Ｆｅ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３の混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
【請求項７】
前記薄膜の厚みが２０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の平面型画像表示装置。
【請求項８】
電子源を備えたカソード基板と、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード基板と、前記カソード基板と前記アノード基板の間に配置され両基板を支持するスペーサを具備する平面型画像表示装置において、前記スペーサが、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜を有し、更にその表面に半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有するものからなることを特徴とする平面型画像表示装置。
【請求項９】
前記粒子分散酸化物薄膜における酸化物マトリックスが半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなることを特徴とする請求項８に記載の平面型画像表示装置。
【請求項１０】
前記ガラス基材の抵抗値Ｒｓに対して、前記粒子分散酸化物薄膜の抵抗値Ｒｆが
０．０１Ｒｓ≦Ｒｆ≦Ｒｓ
の関係を満たすことを特徴とする請求項８に記載の平面型画像表示装置。
【請求項１１】
前記ガラス基材が電子伝導性ガラスよりなることを特徴とする請求項８に記載の平面型画像表示装置。
【請求項１２】
前記粒子分散酸化物薄膜における酸化物マトリックスが、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５から選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項８に記載の平面型画像表示装置。
【請求項１３】
前記粒子分散酸化物薄膜における金属的な伝導性を示す物質が、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項８に記載の平面型画像表示装置。
【請求項１４】
前記酸化物薄膜がＧａ２Ｏ３およびＦｅ２Ｏ３から選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項８に記載の平面型画像表示装置。
【請求項１５】
平面型画像表示装置の背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサであって、ガラス基材の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有することを特徴とする平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項１６】
前記ガラス基材の抵抗値Ｒｓに対して、前記薄膜の抵抗値Ｒｆが
０．０１Ｒｓ≦Ｒｆ≦Ｒｓ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項１７】
前記ガラス基材が電子伝導性ガラスよりなることを特徴とする請求項１５に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項１８】
前記金属的な電気伝導性を示す物質が、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項１５に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項１９】
前記酸化物マトリックスが、Ｇａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３から選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項１５に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２０】
前記酸化物マトリックスが、Ｆｅ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３の混合物からなることを特徴とする請求項１５に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２１】
平面型画像表示装置の背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサであって、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜を有し、更にその上に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有することを特徴とする平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２２】
前記粒子分散酸化物薄膜における酸化物マトリックスが半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなることを特徴とする請求項２１に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２３】
前記ガラス基材の抵抗値Ｒｓに対して、前記粒子分散酸化物薄膜の抵抗値Ｒｆが
０．０１Ｒｓ≦Ｒｆ≦Ｒｓ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２１に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２４】
前記ガラス基材が電子伝導性ガラスよりなることを特徴とする請求項２１に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２５】
前記粒子分散酸化物薄膜における酸化物マトリックスが、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５から選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項２１に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２６】
前記粒子分散酸化物薄膜における金属的な伝導性を示す物質が、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項２１に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【請求項２７】
前記酸化物薄膜がＧａ２Ｏ３およびＦｅ２Ｏ３から選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項２１に記載の平面型画像表示装置用スペーサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面型画像表示装置とそれに使用されるスペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理装置或いはテレビジョン放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性を有すると共に軽量、省スペース化が図れることから、平面型画像表示装置（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）への関心が高まっている。この平面型画像表示装置の代表的なものが液晶表示装置やプラズマ表示装置であり、また、最近注目されているフィールドエミッションディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＦＥＤと称する）である。
【０００３】
ＦＥＤは冷陰極素子の電子放出素子をマトリックス状に配置した電子源を有する自発光型の表示装置である。電子放出素子としては、表面伝導型放出素子（ＳＥＤ型）、電界放出型素子（ＦＥ型）、金属／絶縁膜／金属型放出素子（ＭＩＭ型）などが知られている。また、ＦＥ型では、モリブデン等の金属やシリコン等の半導体物質で作られたスピント型や、カーボンナノチューブを電子源とするＣＮＴ型などが知られている。
【０００４】
ＦＥＤでは、電子源が形成された背面側のカソードパネルと、電子源から放出された電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された前面側のアノードパネルとの間に空間を設けて、この空間を真空雰囲気に保つ必要がある。真空に保たれた空間部が大気圧に耐えられるようにするために、通常、２つのパネル間にスペーサと呼ばれる支持部材が配置される。
【０００５】
ＦＥＤでは、通常、電子源とアノードとの間の電位差が数〜数十ｋＶ程度となるように、アノードに電圧が印加される。この印加電圧が高いほど、パネルの高輝度化と長寿命化が図れるが、一方でスペーサが帯電しやすくなる。スペーサが帯電すると、カソードからアノードに飛行する電子ビームがスペーサ側に引き寄せられる、或いは、反発してスペーサから遠ざかるという現象が起こる。この結果、明るさが変わり、スペーサの影が画面に表示されるようになって、画質が悪くなるという問題が生じる。また、放電が起こりやすくなり、カソードや他の構造部品が破壊されるという問題が生じやすくなる。
【０００６】
このような問題を回避するために、スペーサを、絶縁体のガラス基材表面に、電子の伝導を促す薄膜を形成した構成とすることが知られており、薄膜として、抵抗温度係数が負の貴金属を含有した酸化物サーメット膜が提案されている（例えば、特許文献１参照）。貴金属含有の酸化物サーメット膜をスペーサ表面に形成することにより、スペーサ表面で消費される電力による温度上昇で抵抗値が減少し過大な電流が流れる、いわゆる熱暴走を抑制することが出来る。
【０００７】
【特許文献１】特許第３７４５０７８号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているように、ガラス基材の表面に、貴金属を含む酸化物サーメット膜を有するスペーサは、熱暴走抑制に効果がある。しかしながら、アノード基板とカソード基板に印加された１０ｋＶ程度の高電圧により、スペーサ表面の薄膜にのみに電流が流れるようになり、スペーサに異常放電が生じて、パネルが破壊しやすくなることが懸念される。また、この酸化物サーメット膜のマトリックスは絶縁体であるため、マトリックス部分が電子照射によって正に帯電し、帯電した部分によってスペーサ近傍の電子源から照射される電子が吸引され画質が低下する恐れがある。
【０００９】
本発明の目的は、抵抗温度係数の絶対値が小さく熱暴走を抑制する効果に優れ、十数ｋＶの高電圧が印加されても異常放電が生じないように耐電圧性に優れ、しかも、電子ビームの偏向が起こりにくいスペーサと、それを備えた平面型画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電子源を備えたカソード基板と、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード基板と、前記カソード基板と前記アノード基板の間に配置され両基板を支持するスペーサを具備する平面型画像表示装置において、前記スペーサが、ガラス基材の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有するものからなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、電子源を備えたカソード基板と、前記電子源から放出された電子を受けて発光する蛍光体を備えたアノード基板と、前記カソード基板と前記アノード基板の間に配置され両基板を支持するスペーサを具備する平面型画像表示装置において、前記スペーサが、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜を有し、更にその表面に半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有するものからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、平面型画像表示装置の背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサであって、ガラス基材の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、平面型画像表示装置の背面パネルと前面パネルの間に配置されるスペーサであって、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜を有し、更にその表面に半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のスペーサは、耐電圧性に優れており、パネル間に十数ｋＶの高電圧が印加されても異常放電が起こりにくく、パネル破壊が生じにくい。また、抵抗温度係数が負で、その絶対値が小さいため、熱暴走を抑制する効果に優れる。しかも、電子ビームの偏向が起こりにくい。このため、高画質の平面型画像表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明におけるスペーサの１つは、ガラス基材の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有する。他の１つは、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜と、半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜とを有する。これらを区別するために、以下では、前者のスペーサを第一スペーサと称し、後者のスペーサを第二スペーサと称する。
【００１６】
第一スペーサにおいて、薄膜の抵抗値Ｒｆは、ガラス基材の抵抗値Ｒｓに対して、０．０１Ｒｓ≦Ｒｆ≦Ｒｓの関係を有することが好ましい。また、金属的な電気伝導性を示す物質はＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種よりなることが好ましい。酸化物マトリックスは、Ｇａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３から選ばれた少なくとも１種よりなることが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３とＧａ２Ｏ３の混合物或いは複合酸化物により酸化物マトリックスを構成することも好ましい。薄膜の厚みは２０〜２００μｍの範囲が好ましい。
【００１７】
第二スペーサは、最表面に半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有するので、その下層に形成される粒子分散酸化物薄膜は、半導体的な電子伝導性を有する酸化物マトリックスに限定されない。絶縁体の酸化物マトリックスも使用可能である。しかし、望ましくは、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックスが良い。
【００１８】
第二スペーサにおいても、粒子分散酸化物の抵抗値Ｒｆは、ガラス基材の抵抗値Ｒｓに対して、０．０１Ｒｓ≦Ｒｆ≦Ｒｓの関係を満たすことが好ましい。また、粒子分散酸化物薄膜における酸化物マトリックスは、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５から選ばれた少なくとも１種よりなることが好ましく、金属的な伝導性を示す物質は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種よりなることが好ましい。酸化物薄膜はＧａ２Ｏ３およびＦｅ２Ｏ３から選ばれた少なくとも１種よりなることが好ましい。
【００１９】
第一スペーサおよび第二スペーサにおいて、ガラス基板は、電子伝導性を有するガラス、特にＶとＷとＭｏとＰとＢａを含むＶ−Ｗ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系の電子伝導性ガラスが好ましい。
【００２０】
以下、本発明のスペーサをＭＩＭ型ＦＥＤに適用した場合について説明するが、本発明はＭＩＭ型に限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
図１に、本発明に係る第一スペーサの断面の模式図を示す。図２に、ＭＩＭ型ＦＥＤの斜視図を示し、図３に図２のＡ−Ａ線方向における断面の一部を示す。
【００２２】
ＭＩＭ型ＦＥＤにおいて、前面パネル２１０は、パネルの基材であるアノード基板２１１の内面側に遮光膜であるブラックマトリックス２１２と蛍光体層２１３を有している。また、背面パネル２２０は、パネルの基材であるカソード基板２２１の内面側に電極２２２とエミッタである電子源２２３を有している。
【００２３】
前面パネル２１０に形成されたブラックマトリックス２１２と、背面パネル２２０に形成された電極２２２との間には、多数のスペーサ１１０が配置されている。これらのスペーサは、前面パネルに接着用フリット１１４を介して接着され、背面パネルに接着用フリット１１５を介して接着されている。接着用フリットには、スペーサに微小電流が流れることから、導電性のものが用いられる。なお、本実施例では、スペーサ端面金属膜４０３を形成して、スペーサから基板側へ微小電流が流れ易くしている。
【００２４】
アノード基板２１１とカソード基板２２１の内周縁部には封止枠２３０が設けられている。この封止枠２３０はアノード基板及びカソード基板に接着剤により接着され、これによって、背面パネルと前面パネルの間に空間部分が形成されて、この空間部分が表示領域２４０となる。前面パネルと背面パネルとの間隔は通常、３〜５ｍｍ程度であり、また、空間部分は通常、１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒの圧力の真空雰囲気に保持される。
【００２５】
このように構成されたＦＥＤにおいて、背面パネル２２０と前面パネル２１０の間に数〜数十ｋＶ程度の加速電圧が印加されると、エミッタである電子源から電子が出射され、加速電圧によって蛍光体層２１３に衝突し、これを励起して所定周波数の光が前面パネル２１０の外部に出射される。これにより、画像が表示される。
【００２６】
スペーサ１１０は、ガラス基材４０１の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された薄膜を有する。あるいは、ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜と、半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜を有する。
【００２７】
スペーサには、エミッタである電子源から放出された電子、アノードや他の構成部材からの反射電子および二次電子などが照射される。このため、スペーサの表面に形成される薄膜は、照射される電子による帯電を抑制し、電子線の軌道を曲げないように低抵抗であることが要求される。しかし、抵抗が低すぎると、アノード基板とカソード基板の間に印加される電圧により流れる電流の消費量が多くなり、また、熱暴走が生じやすくなる。したがって、適切な抵抗値に調整する必要がある。これらを勘案し、スペーサの表面抵抗は１×１０１０Ω／□〜１×１０１３Ω／□の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
ここで、熱暴走とは、アノード基板とカソード基板の間に流れる電流によってスペーサが発熱して高温状態となり、それによってスペーサ自身の抵抗値が低下して更に大電流が流れて高温となり、この結果、更に抵抗が下がる現象を繰り返すことで、スペーサが自己の軟化温度よりも高温となり、溶断する現象である。
【００２９】
図４に、本発明に係る第一スペーサの断面の模式図を示す。ガラス基材４０１の表面に、半導体的な電気伝導性を示す酸化物マトリックス中に金属的な電気伝導性を示す物質が分散された金属的伝導性薄膜４１０を有する。ガラス基材４０１に電子伝導性のガラスを用いることにより、基材にも電流が流れるようになり、耐電圧が高くなり、明るい画質にできる。ガラス基材の材料としては、Ｖ−Ｗ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系の電子伝導性ガラスが好ましい。
【００３０】
金属的な電気伝導性を有する物質は、温度が高くなるにしたがい、抵抗値が増大する性質を有し、一方、半導体的な電気伝導性を有する物質は、温度が高くなるにしたがい、抵抗値が低下する性質を有する。
【００３１】
図５に、本発明に係る第二スペーサの断面の模式図を示す。ガラス基材４０１の表面に、酸化物マトリックスに金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜４２０と、半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜４３０を有する。ガラス基材の材料としては、電子伝導性を有するガラス、例えばＶ−Ｗ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系のガラスが好ましい。
【００３２】
図６は、図５の比較例として作製したものであり、ガラス基材４０１の表面に、まず半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜４３０を形成し、その上に、酸化物マトリックスに金属的な電気伝導性を示す物質が分散された粒子分散酸化物薄膜４２０を形成した例である。
【００３３】
図７は、図６の構成のスペーサにおいて、粒子分散酸化物薄膜４２０の上に、さらに半導体的な電気伝導性を示す酸化物よりなる酸化物薄膜４３０を形成したものである。
【００３４】
薄膜の成膜方法は、スパッタリング法のほかに、スプレー法、ディップ法、ゾルゲル法、ダイス法、スピンコート法などのように溶液を介した塗布焼成方法を用いることができる。
【００３５】
スパッタリングによる成膜の方法を、ＡｕとＳｉＯ２よりなる粒子分散酸化物薄膜を一層形成したものを例にとって説明する。この粒子分散酸化物薄膜は、第二スペーサにおいて、最表面に形成される酸化物薄膜の下層膜として使用される。
【００３６】
Ａｕの１０ｍｍ角のチップを１５２．４ｍｍφ×５ｍｍｔのＳｉＯ２ターゲットのエロージョン領域上に所望の皮膜組成となるように搭載して成膜を行った。成膜ガスには純度９９．９９９９％の高純度Ａｒガスを用いた。電源にはｒｆマグネトロン電源を用い、ターゲットに対して７００Ｗ程度の高電圧を印加した。成膜前の成膜室内の真空圧力は４．０×１０５Ｐａとした。
【００３７】
成膜後の組成を分析するために、ポリイミドフィルム上に皮膜を約２００ｎｍの厚さに形成し、ＩＣＰ分光分析法を用いて組成分析を行った。後述の表１には、このようにして組成分析した結果を皮膜組成として、モル（ｍｏｌ）％で記載している。
【００３８】
Ｖ−Ｗ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系電子伝導性ガラス基材に、ＡｕとＳｉＯ２よりなる皮膜材料を、上記のスパッタリング条件で５０ｎｍの厚さに形成した。ガラス基材のサイズは１１０ｍｍ×３ｍｍ×０．１５ｍｍとし、１１０ｍｍ×３ｍｍの部分に成膜を行った。皮膜のスパッタレートは組成によって異なるので、各組成ごとにレートを計算しながら成膜した。片面の成膜終了後に一旦、試料を大気中に取り出し、上下面を入れ替えた後に裏面の成膜を行った。このようにしてスペーサの両面に同条件の成膜を行った。
【００３９】
また、成膜完了後、アノード基板、カソード基板との接合部分となるスペーサの両端面（１１０×０．１５ｍｍ部分）に、スペーサ端面金属膜としてＣｒを約１００ｎｍの厚さに形成した。
【００４０】
図８に、作製したＡｕとＳｉＯ２よりなる粒子分散酸化物薄膜の断面を、透過型電子顕微鏡で観察した際の断面ナノ構造の模式図を示す。透過型電子顕微鏡には（株）日立製作所製透過型電子顕微鏡ＨＦ−２０００を用いた。加速電圧は２００ｋＶとした。また試料の作製にはＦＩＢ法（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ法）を用いた。添加したＡｕ粒子４２１が、ＳｉＯ２マトリックス４２２中にナノ粒子として分散していることが確認された。また、Ａｕナノ粒子の粒径は１０ｎｍ程度であった。
【００４１】
上記したスパッタリングによる成膜方法により、ガラス基材上に、後述の表１に示す組成の薄膜を形成した。金属粒子としてＰｔ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕを用いた場合や、酸化物マトリクスとしてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３などを用いた場合にも同様のナノ粒子が観測された。
【００４２】
酸化物中に金属粒子が分散された粒子分散酸化物薄膜の電気伝導は、金属ナノ粒子中の金属伝導と、酸化物マトリックス層の伝導により支配されているものと考えられる。酸化物マトリックスとしてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等の抵抗が１０１４Ωｃｍ程度と高い材料を用いた場合には、粒子間をホッピング伝導すると考えられる。また酸化物マトリックス層の抵抗が半導体的である場合には、このマトリックス中のホッピング伝導などの伝導機構により電気的伝導がなされるものと考えられる。
【００４３】
ガラス基材上に、ＳｉＯ２マトリックス中にＡｕナノ粒子が分散された薄膜を形成したスペーサについて、薄膜の電気抵抗の温度依存性を評価した。この評価のために用いたスペーサ試料の斜視図を図９に示す。スペーサ試料は、ガラス基材４０１としてＶ−Ｗ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系電子伝導性ガラスを用い、側面部に５０モル％（ｍｏｌ％）Ａｕナノ粒子と５０モル％（ｍｏｌ％）のＳｉＯ２よりなる金属的伝導性を示す粒子分散酸化物薄膜４２０を２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの厚さに形成した。また、スペーサの端面部に電極として厚さ１００ｎｍの金属クロムよりなるスペーサ端面金属膜４０３を形成した。この電極間に約５００Ｖの高電圧を印加して体積抵抗を測定した。試料のサイズは高さ３ｍｍ、幅０．１１０ｍｍ、長さ１０ｍｍとした。この試料を高電圧印加用の電極に挟み、全体を１２５℃まで加熱可能な恒温層中に保持し、その温度を変化させながら各温度における体積抵抗値を測定した。測定はまず１２５℃まで試料を昇温したのち、降温過程において抵抗を測定した。
【００４４】
図１０に、測定した試料の体積抵抗率の温度変化を示す。図１０には、薄膜を有しないガラス基材単体の体積抵抗率の温度変化も示した。図中では、５０モル％のＡｕ粒子と５０モル％のＳｉＯ２マトリックスからなる薄膜を、５０Ａｕ−５０ＳｉＯ２薄として記載している。金属伝導性の薄膜を形成したものでは、体積抵抗値の温度変化が小さく、室温付近ではほぼ一定になっていることが分かる。一方、薄膜を形成しないガラス基材のみのものでは、室温付近まで抵抗の温度変化が非常に大きかった。
【００４５】
図１１に、５０Ａｕ−５０ＳｉＯ２薄膜を５０ｎｍ厚さに形成したものについて、薄膜の抵抗温度係数（α（％／℃））の温度変化を示す。図１１において、抵抗温度係数は式１を用いて計算した。
【００４６】
【数１】
2008181686.tif 000003
【００４７】
式１において、Ｒは温度Ｔにおける体積抵抗率、Ｒ０は室温（Ｔ０）における体積抵抗率である。本測定では室温Ｔ０は２５℃とした。ガラス基材単体の２５℃〜４０℃における抵抗温度係数は約−３．３％／℃であったが、Ａｕ−ＳｉＯ２薄膜の抵抗温度係数は−１．５７％／℃程度と小さくなり、大幅に改善できていた。
【００４８】
しかしながら、１２５℃付近の抵抗温度係数はいずれも約−１．０％／℃であった。この抵抗温度係数の絶対値が３．０％／℃以内であれば、温度が１℃変化した際のビーム偏向量の変化が１μｍ以下になることが分かった。この場合、アノードとカソードとの温度差が２０℃以上となった場合に、ビーム偏向量が２０μｍを超えるので、画面上にスペーサの影が見られることになるが、これ以下の値であればアノードとカソードの温度差が２０℃のときでもビーム偏向量が２０μｍ以下となるため好ましい。
【００４９】
Ａｕ−ＳｉＯ２よりなる金属的伝導性薄膜を形成した場合の抵抗温度係数改善のメカニズムを、図１２を用いて説明する。
【００５０】
図１２には、電子伝導性ガラスよりなるガラス基材と、金属的伝導性薄膜について、それぞれ、体積抵抗率の温度変化を示した。金属的伝導性を示す薄膜の体積抵抗率は、室温付近ではほとんど変化しないのに対し、電子伝導性ガラス基材の体積抵抗率は室温から９０℃で約２桁低下することがわかる。
【００５１】
今、室温における電子伝導性ガラス基材の体積抵抗率を１０９Ωｃｍとし、金属伝導性薄膜の体積抵抗率を１０８Ωｃｍとすると、スペーサトータルの体積抵抗率は、抵抗はほぼ低い方の体積抵抗率で決まるため、金属伝導性薄膜の体積抵抗率と同等になる。従って、スペーサトータルの体積抵抗率は、電子伝導性ガラス基材の体積抵抗率が金属伝導性薄膜の体積抵抗率と同等になる温度まで、ほぼ金属伝導性薄膜と等しくなる。
【００５２】
従って、室温付近では非常に低い抵抗温度係数を得ることが出来る。一方、温度が上昇し、電子伝導性ガラスの体積抵抗率が金属伝導性薄膜の体積抵抗率を下回ると、スペーサトータルの体積抵抗率は電子伝導性ガラス基材の体積抵抗率に近くなる。従って、抵抗温度係数は大きくなると考えられる。
【００５３】
以上より、薄膜の良好な抵抗の温度変化を正味のスペーサ抵抗の温度変化として利用するためには、パネルの動作温度域において薄膜の電気抵抗がスペーサ基材の抵抗以下であることが必要である。すなわち、薄膜の電気抵抗をＲｆ、スペーサ基材の電気抵抗をＲｓとすると、Ｒｆ≦Ｒｓの関係が成り立つことが好ましい。
【００５４】
一方、薄膜の電気抵抗Ｒｆを低下させていくと、抵抗の温度変化を小さく出来るという点では利点があるが、基材の抵抗Ｒｓに比べて抵抗値を小さくしすぎると、スペーサに印加される電圧によってスペーサ内部に流れる電流が薄膜に集中し、薄膜を破壊して絶縁破壊を生じる恐れがある。そこで、薄膜の抵抗値Ｒｆに対して絶縁破壊電圧をプロットし、最適な抵抗値を求めた。
【００５５】
図１３には、基材の抵抗Ｒｓと薄膜の抵抗Ｒｆの比に対する絶縁破壊電圧をプロットした図を示す。この測定では、薄膜中に含有されるＡｕ量、膜厚などを調整して抵抗値の異なる薄膜を作製した。測定は、このスペーサに高電圧を印加して、絶縁破壊が生じる電圧をプロットした。測定点は５本のサンプルに対して行い、絶縁破壊が生じる電圧の平均値をプロットした。
【００５６】
ＲｆとＲｓの各抵抗は、以下のようにして求めた。まず、薄膜を形成しない状態でＲｓを測定した。次に、基材両端に薄膜を形成した。そして、スペーサ全体の体積抵抗Ｒｔを測定し、図１４に示すような等価回路により、薄膜の抵抗値Ｒｆを求めた。図１４において、Ｒｔ、Ｒｆ、Ｒｓの関係は式２のようになる。
【００５７】
【数２】
2008181686.tif 000004
【００５８】
従って、式３、式４が成り立ち、式５によりＲｆが求まる。
【００５９】
【数３】
2008181686.tif 000005
【００６０】
【数４】
2008181686.tif 000006
【００６１】
【数５】
2008181686.tif 000007
【００６２】
式５を用いて、Ｒｆを計算して求めた。図１３より、Ｒｆが小さいほど絶縁破壊電圧が低くなり、Ｒｆが大きいと絶縁破壊が生じないという関係になっていた。今、通常の画像再生時に印加される電圧を１０Ｖとすると、この１０Ｖ以上の印加電圧で絶縁破壊を生じるときのＲｆ／Ｒｓは０．０１以上であることが分かった。
【００６３】
このことより、薄膜の電気抵抗Ｒｆと基材の電気抵抗Ｒｓとの関係は０．０１Ｒｓ≦Ｒｆであることが好ましいことが分かった。
【００６４】
Ｖ−Ｗ−Ｍｏ−Ｐ−Ｂａ−Ｏ系電子伝導性ガラスよりなるガラス基材の表面に、表１に示す成分、組成を有する薄膜を形成したスペーサを用いて、図２、図３に示す構成のＭＩＭ型ＦＥＤパネルを作製し、熱暴走が生じる電圧、ビーム偏向量を測定した。表１には、膜構成、対応する模式図、室温での体積抵抗率、２５℃〜４０℃の間で評価した抵抗温度係数、耐電圧、ビーム偏向量を示した。なお、表１において、例えば、２０ｍｏｌ％のＡｕ粒子が８０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３マトリックス中に分散され薄膜は、２０Ａｕ―８０Ｆｅ２Ｏ３と記載した。また、複数の酸化物を含む酸化物マトリックスおよび酸化物薄膜は、例えば、Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３のように記載した。
【００６５】
【表１】
2008181686.tif 000008
【００６６】
ビーム偏向量は、スペーサが形成されたゲート電極の直近にある一行目に配列したエミッタにおけるビーム偏向量をもって評価した。ビーム偏向は、スペーサの電気抵抗値が高く、かつ二次電子放出係数が１より大きい場合、或いは小さい場合に、正電荷や負電荷がスペーサ表面に蓄積され、この表面に蓄積された電荷にエミッション電流が例えば正電荷の場合には吸引され、負電荷の場合には反発されて、エミッタの直上に形成されたアノード基板上の蛍光体の中心からずれた位置に電子線が照射されて生じる現象である。ビーム偏向が生じると、蛍光体が発光しない領域が生じるため、スペーサに沿ってライン状の黒い帯が観測されるようになるので好ましくない。ビーム偏向のずれ量を、拡大鏡を用いて定量的に評価し、ずれ量の数値を記載した。ビーム偏向が２０μｍ以下の場合には、人間の目には、ずれによる黒い帯は観測されないので好ましい。
【００６７】
実施例Ｎｏ.１〜１１は、電子伝導性ガラス基材の側面部に、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒの金属のナノ粒子をＦｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３の半導体金属酸化物マトリクス中に分散させた薄膜を形成した、図４の構成を有するものである。いずれも、抵抗温度係数の絶対値が３．０よりも小さい値となっているため好ましい。
【００６８】
実施例Ｎｏ．６〜８は、Ａｕ−Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３系薄膜の膜厚を変化させた場合であるが、膜厚が薄くなるほど高抵抗化し、抵抗温度係数の絶対値が大きくなる傾向が見られた。また、膜厚が厚くなると、耐電圧が低下していく傾向が見られた。
【００６９】
実施例Ｎｏ.１２〜１４は、図５に示すように金属導電性薄膜を形成したのち、さらにＦｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３薄膜を形成した例であるが、この例でも抵抗温度係数の絶対値は３以下であり、かつ耐電圧、偏向量ともに優れた値を示した。
【００７０】
実施例Ｎｏ.１５は、Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３薄膜の間にＡｕ−ＳｉＯ２薄膜を挟み込んだ図７の構成のものであるが、この場合も低い体積抵抗率、良好な温度特性、良好な偏向量を示した。
【００７１】
一方、酸化物マトリックスとしてＳｉＯ２を用い、これによる薄膜のみを形成した比較例Ｎｏ.１では、抵抗温度係数は良好であったものの、偏向量が１５０μｍの吸引であり、好ましくないことが分かった。これはマトリックス部分に電化が蓄積されるためと考えられる。
【００７２】
また、金属ナノ粒子を分散しないＦｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３半導性薄膜のみを形成した比較例Ｎｏ.２の場合には、抵抗温度係数の絶対値が３．０を超えているため、室温での偏向は２０μｍと良好であったが、温度変化に対する偏向の変化が著しく、良好ではなかった。
【００７３】
さらに、金属伝導性薄膜と半導体的伝導性薄膜の順序を入れ替えて成膜した図６の構成を有する比較例Ｎｏ.３の場合には、やはり、最表面にＳｉＯ２マトリックス部分が露出するため、偏向量は１７０μｍと大幅に吸引した。
【００７４】
また、薄膜を形成しない電子伝導性ガラス基材のみからなるスペーサを用いた比較例Ｎｏ．４では、抵抗温度係数の絶対値が３．３と、３．０を超えており、かつ偏向量も１２０μｍ程度であり、良好ではなかった。
【００７５】
以上、本発明の実施例によるものは良好な結果を得たが、ＳｉＯ２をマトリックスとして用いたＡｕ−ＳｉＯ２系薄膜のみを有するものは、抵抗値が適切で、抵抗温度係数も適切であるにもかかわらず、偏向量が大きく、良好でない結果になった。
【００７６】
このことから、Ａｕ−ＳｉＯ２系薄膜を用いた場合のメカニズムについて考察する。Ａｕ−ＳｉＯ２系薄膜は、図８に示すように、金属的電気伝導性を示すＡｕのナノ粒子と、絶縁体のＳｉＯ２マトリックスとから形成されている。この薄膜の外側から電子が照射されると、二次電子が放出され、ホールによって生成される正電荷が残留する。ＳｉＯ２マトリックス部分に残存した正電荷はＡｕが粒子状に孤立していることから蓄積される。このため、この蓄積された正電化に電子線が吸引されるため、偏向量が大きくなる。
【００７７】
一方、表１の実施例Ｎｏ．１〜１１に示すように、マトリックス成分として半導体を用いた場合、マトリックス部分に生成した正電荷がマトリックス部の導電により排出される。このため、照射される電子線が吸引されることがないため、ビーム偏向を抑制できると考えられる。
【００７８】
さらに、実施例Ｎｏ．１２〜１５に示すように、Ａｕ−ＳｉＯ２薄膜よりも外側の電子線が照射される部分に、半導体的な電気伝導性を示す薄膜を形成することにより、直接ＳｉＯ２などのマトリックス部分から直接電子が放出しなくなるために、この部分には正電荷が蓄積されず、半導体的電気伝導性を示す薄膜の部分で正電荷が排出され、偏向量が小さく良好なスペーサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施例によるスペーサの断面図である。
【図２】ＭＩＭ型ＦＥＤの外観を示した斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線方向の一部分を示した断面図である。
【図４】ガラス基材の表面に金属的伝導性を示す薄膜を有するスペーサの断面の模式図である。
【図５】ガラス基材の表面に、酸化物マトリックス中に金属粒子を分散した粒子分散酸化物薄膜と酸化物薄膜を有するスペーサの断面の模式図である。
【図６】酸化物マトリックス中に金属粒子を分散した粒子分散酸化物薄膜と酸化物薄膜の順番を入れ替えたスペーサの断面の模式図である。
【図７】粒子分散酸化物薄膜の両側に酸化物薄膜を有する三層構造の薄膜を有するスペーサの断面の模式図である。
【図８】酸化物マトリックス中に金属粒子を分散した薄膜の断面の模式図である。
【図９】薄膜の電気抵抗の温度依存性を評価するために作製したスペーサの斜視図である。
【図１０】Ａｕ−ＳｉＯ２薄膜とガラス基材について、体積抵抗率の温度変化を示す図である。
【図１１】Ａｕ−ＳｉＯ２薄膜とガラス基材について、抵抗温度係数の温度変化を示す図である。
【図１２】電子伝導性ガラス基材と金属的伝導性薄膜について、体積低効率の温度変化を示す図である。
【図１３】ガラス基材の抵抗と薄膜の抵抗の比に対する絶縁破壊電圧を示した図である。
【図１４】薄膜の抵抗値を求めるための等価回路図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１０…スペーサ、１１４…接着用フリット、１１５…接着用フリット、２１０…前面パネル、２１１…アノード基板、２１２…ブラックマトリックス、２１３…蛍光体層、２２０…背面パネル、２２１…カソード基板、２２２…電極、２２３…電子源、２３０…封止枠、２４０…表示領域、４０１…ガラス基材、４０３…スペーサ端面金属膜、４１０…金属的伝導性薄膜、４２０…粒子分散酸化物薄膜、４２１…Ａｕ粒子、４２２…ＳｉＯ２マトリックス、４３０…酸化物薄膜。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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