(57)【要約】【課題】ガラスを主成分とするスペーサが導電性のガラス接着材で固定されている表示装置では、接着材がスペーサの表面やスペーサ近傍の電子放出源に拡散し、画像の質が低下し、スペーサが影として画像上に現れる。【解決手段】ガラスで構成されるスペーサを用いたフィールドエミッションディスプレイにおいて、スペーサを、導電性を有し、一部が結晶化しているガラスよりなる接着層により前面パネルに少なくとも１部を固定する。接着層に結晶相が含まれることで、ガラス構成元素の拡散によるスペーサや電子放出源の汚染を抑え、高品質の画像を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子放出源が形成されたガラス基板からなる背面パネルと、電子線の照射により発光する蛍光体が形成されたガラス基板からなる前面パネルと、前記前面パネルと前記背面パネルとの間に配置された複数のスペーサとを具備するフィールドエミッションディスプレイにおいて、前記スペーサが、導電性を有し、一部が結晶化しているガラスよりなる接着層により、前記前面パネルに少なくとも１部を固定されていることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項２】
前記ガラスよりなる接着層に５０〜９５体積％の結晶相が含まれていることを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項３】
前記接着層を構成するガラスの電気抵抗率が１０９Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項４】
前記スペーサが、ガラスの構成成分と、前記ガラスの構成成分の一部と反応して結晶相を形成する結晶化成分とを含むフリットガラスにより、前記前面パネルに少なくとも一部を固定されていることを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項５】
前記接着層を構成するガラスがＶ２Ｏ５を主成分として含むことを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項６】
前記接着層を構成するガラスが、酸化物換算でＶ２Ｏ５：５０〜６０ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５：１５〜２５ｗｔ％、ＺｎＯ：１０〜３０ｗｔ％を含有することを特徴とする請求項１記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項７】
導電性のガラスを構成するガラス成分と、前記ガラス成分の一部と反応して結晶相を形成する結晶化成分とを含むことを特徴とするガラスフリット。
【請求項８】
酸化物換算でＶ２Ｏ５：５０〜６０ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５：１５〜２５ｗｔ％、ＺｎＯ：１０〜３０ｗｔ％を含有することを特徴とする請求項７記載のガラスフリット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドエミッションディスプレイに係り、特にガラス基板間にスペーサを配置して形成される平面パネル型のフィールドエミッションディスプレイに関する。また、本発明は、スペーサとガラス基板とを固定する接着材として使用するのに好適なガラスフリットに関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度および高精細に優れた表示装置として従来からのカラー陰極線管に代えて液晶表示装置やプラズマ表示装置等が実用化されている。また、特に高輝度化が可能なものとして電子放出型の表示装置や低消費電力化を特徴とする有機ＥＬ表示装置等、種々の型式のパネル型表示装置が実用化され、もしくは実用化準備段階にある。
【０００３】
電子放出型の表示装置であるフィールドエミッションディスプレイは、電子を放出する電子放出源を備えた背面パネルと、電子線の照射により発光する蛍光体を備えた前面パネルとが、複数のスペーサを用いて所定間隔に保持されている。スペーサは、導電性ガラスよりなる接着材により、前面パネルに接触面のうちの一部若しくは全部を固定されている(例えば、特許文献１、２参照)。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３４０６８８号公報（要約、段落番号００７１）
【特許文献２】特開２００１−２１６９２３号公報（段落番号００５３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スペーサは表示装置内に配置され、固定されるが、ガラスを主成分とするスペーサには導電性のガラス接着材を用いることが好ましい。ガラスの接着材は、熱により軟化させて固定に用いる。その際、接着材がスペーサの表面や、スペーサ近傍の電子放出源に拡散するという問題があった。拡散した接着材は導電性を有するガラスであるため、スペーサ表面が汚染され、電界分布が変化した結果、電子線の進行方向が変化する場合がある。また、電子放出源が汚染されると電子線の放出効率が低下する。いずれの場合も画像の質が低下し、スペーサが影として画像上に現れる。
【０００６】
本発明の目的は、スペーサを固定するガラス接着材の拡散によりスペーサや電子放出源が汚染されるのを抑制し、高品質の画質が得られるようにしたフィールドエミッションディスプレイを提供することにある。
【０００７】
また、スペーサをガラス基板へ固定するための接着材として使用するのに好適であり、接着材の拡散を抑制できる導電性ガラスフリットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電子を放出する電子放出源が形成されたガラス基板からなる背面パネルと、電子線の照射により発光する蛍光体が形成されたガラス基板からなる前面パネルと、前記前面パネルと前記背面パネルとの間に配置された複数のスペーサとを具備するフィールドエミッションディスプレイにおいて、前記スペーサが、導電性を有し、一部が結晶化しているガラスよりなる接着層により、前記前面パネルに少なくとも１部を固定されていることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイにある。
【０００９】
本発明の特徴は、スペーサの固定に際し、非晶質性のガラスの部分と、結晶性の部分すなわち結晶相の部分とを含むガラスの接着材を使用した点にある。
【００１０】
結晶性の部分は非晶質性のガラス部分よりも融点が高く、接着材の拡散を低減する働きがある。また、結晶相の構成元素の方が、非晶質のガラスの構成元素よりも、より強く接着材の母材に拘束されているため、ガラス構成元素の解離や飛散を防止し、スペーサや電子放出源の汚染を低減できる。従って、結晶相の含有量が多くなるほど、汚染の少ないガラス接着材となる。特に結晶相含有率を５０体積％以上、９５体積％以下にすると好適である。
【００１１】
また、接着材の素材としてガラスフリットやガラスペーストを用いて、スペーサを固定すると簡便である。その際には、接着材がフリット等の段階では結晶を含まず、スペーサの固定時に熱をかけることによって溶融した際に結晶が析出するガラスが好ましい。その結果、スペーサ固定の強度を保ち、かつ、その接着材の拡散を防止することが可能となる。
【００１２】
なお、ガラスフリットとは、ガラスの原料を配合し、高温で溶融した後急冷したガラスの粉末であり、ペーストとはフリットと液状成分とを混合したものである。
【００１３】
本発明におけるスペーサ固定用の接着材及びガラスフリットは、Ｖ２Ｏ５を又はＶ２Ｏ５とＰ２Ｏ５を主成分とすることが好ましい。特に、酸化物換算でＶ２Ｏ５：５０〜６０ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５：１５〜２５ｗｔ％、ＺｎＯ：１０〜３０ｗｔ％を少なくとも含有するガラスとすることが好ましい。導電性のガラスとするためにＶ２Ｏ５が必要である。Ｖ２Ｏ５とＰ２Ｏ５が上記の範囲からはずれるとガラスを形成しなくなる。ＺｎＯはガラスの電気抵抗を調整し、結晶化を促進するために含有される。ＺｎＯが１０ｗｔ％未満の場合には結晶化が不十分であり、３０ｗｔ％を超える場合にはスペーサの接着力が低下する。
【００１４】
接着材は、電気抵抗率が１０９Ωｃｍ以下とし、かつ、少なくとも一部が結晶化したガラスとする。通常のガラススペーサの電気抵抗率は１０９Ωｃｍであり、一方、背面パネルを構成するガラス基板に形成される配線の電気抵抗は０Ωｃｍであることから、スペーサの帯電を防止するために接着材の電気抵抗率は０Ωｃｍより高く、１０９Ωｃｍより低くすることが好ましい。
【００１５】
本発明は、導電性ガラスを構成するガラス成分と、ガラス構成成分の一部と反応して結晶相を形成する結晶化成分とを含むことを特徴とするガラスフリットを提供する。本発明のガラスフリットは、酸化物換算でＶ２Ｏ５：５０〜６０ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５：１５〜２５ｗｔ％、ＺｎＯ：１０〜３０ｗｔ％を含有するものが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スペーサや電子放出源の汚染に由来する画質劣化のない、高品質な表示装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る表示装置の全体構造を示したものである。この表示装置は、第１のガラス基板１０１に薄膜の電子放出源を形成した背面パネルと、第２のガラス基板１０２に蛍光体およびアノードを形成した前面パネルとを封止ガラス枠１０３で一体化して密閉容器を形成した電子放出型表示装置である。図１（ａ）は前面パネルを構成する第２のガラス基板側から見た平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断された断面図を示している。
【００１９】
この表示装置は、背面パネルと前面パネルを所定の間隔で対向させて構成される。背面パネルは、その内面に多数の電子放出源（陰極、以下カソードとも称する）が形成された第１のガラス基板１０１を有する。前面パネルは、第１のガラス基板１０１のカソード形成面と対向する内面にブラックマトリックス膜で互いに区画された複数色の蛍光体とアノード（陽極）が形成された透光性の第２のガラス基板１０２を有する。
【００２０】
第１のガラス基板１０１と第２のガラス基板１０２とは間隔保持部材であるスペーサ１０４を介して所定の間隔で対向配置される。スペーサ１０４は第２のガラス基板１０２と導電性のガラスよりなる接着層にて、接触界面の一部若しくは全部が接着され、固定される。スペーサ１０４の他方の端面すなわち第１のガラス基板と接触する端面は、第１のガラス基板に接着材を用いることなく押し当てられ、当接される。
【００２１】
図２に、スペーサ１０４と第２のガラス基板１０２との固定部分を示した。図２（ａ）はスペーサ１０４の端面の一部に、結晶相を含むガラスよりなる接着層１０６が形成されている状態を示している。図２（ｂ）は断面図を示している。スペーサ１０４は第２のガラス基板と接触する接触面の全体が第２のガラス基板１０２と接着されていても良いが、図２（ａ）に示したように一部分だけが接着層１０５で接着されていてもよい。
【００２２】
カソード側は非常に敏感な素子が並んでいるので、スペーサを固定するためのフリットは使用せずに、スペーサを押し当てた状態にする。
【００２３】
第１のガラス基板１０１と第２のガラス基板１０２の内周縁部には接着層（シールフリットガラス）１０５を塗布し、封止ガラス枠１０３を介挿して焼成し、固定して密閉容器を形成する。この密閉容器の内部は、図示しない排気管を通して真空排気される。画像は表示領域ＡＲにて表示される。
【００２４】
スペーサを第２のガラス基板に接着材を用いて固定する方法について説明する。
【００２５】
図２の接着層１０６を構成する接着材は、フレークまたは粉末よりなるガラスフリットにして用いるのが、作業を簡便にする上で望ましい。ガラスフリットは、エタノールや水などの溶媒と有機化合物等のバインダを混合し、ガラスペーストにして使用される。溶媒と混合することにより、フリットを液状にすることができる。バインダは、ペーストを塗布、乾燥させた際に塗布形状を維持させるものである。溶媒とバインダの比率は適宜変更可能であるが、ペースト全体のうち、溶媒２０〜３０％、バインダ１０％以下である。
【００２６】
ガラスフリットは、ガラスを構成する成分と結晶相を構成する成分を含むが、このほかに更に充填材を混合することができる。充填材は接着材の熱膨張係数、封着温度、電気抵抗値、ディスプレイを構成する部材との濡れ性等の各種の特性を改善するものである。ガラスフリットに含まれる封着用ガラスと充填材の比率は目的に応じて調整できるが、ガラスフリット全体のうち、封着用ガラス２０〜９０体積％、充填材１０〜８０体積％が良い。充填材としては、熱膨張係数等の性質の異なる複数のものを併用できる。充填材は粒状の金属や無機酸化物がよく、無機酸化物としては例えばＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＳｉＯ４、コージェライト、ムライト、ユークリプタイトが挙げられる。充填材の粒子径は０．５〜１０μｍの範囲がよく、特に１〜５μｍがよい。このように小さい充填材粒子を混合あるいは充填材量を増やすことで、充填材の粘度が高くなり、加熱して接着する際に内部の減圧条件により接着材が吸い込まれるのを防止できる。
【００２７】
充填材は目的とする特性に応じて複数種類を混合して使用することができる。ＳｉＯ２はバナジウムとリンを主成分とするガラスより熱膨張係数が小さく、熱膨張係数の調整に有効である。また、Ａｌ２Ｏ３はバナジウムとリンを主成分とするガラスと熱膨張係数がほぼ同じであるため、混合により粘度を調整或いは接着材の量を多くしてコストを低減することができる。結晶質粒子のように、封着用ガラスよりも熱伝導率の高い充填材を混合することにより、接着材の熱伝導性を高くし、接着し易くすることができる。
【００２８】
以上述べたガラス接着材を用い、例えば４５０℃でスペーサをガラス基板に固着する際の使用方法の一例を以下に示す。
【００２９】
（１）ガラスペーストを用意し、基板の周縁部にディスペンサー装置でペーストを塗布する。
【００３０】
（２）ペーストを乾燥（例えば２５０℃の温度に加熱）させ、溶媒を除去する。
【００３１】
（３）仮焼成(例えば４６０℃)し、バインダを除去すると共に、ガラスを溶解させる。
【００３２】
（４）スペーサを載せて焼成(例えば４５０℃)して固定する。
【００３３】
なお、以上述べたガラス接着材は、スペーサをガラス基板に固定する接着材としての使用に限られるものではなく、接着用フリットガラスとして広く用いることが可能である。
【００３４】
本実施例ではスペーサ１０４を、前面パネルに本発明のガラスフリットを用いて次のようにして固定した。
【００３５】
ガラスフリットの組成は表１に示すとおりである。母材となるガラスは以下のようにして作製した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
ガラス母材の出発原料は、Ｖ２Ｏ５（高純度化学研究所製、純度９９．９％）、ＢａＣＯ３（高純度化学研究所製、純度９９．９％）、Ｐ２Ｏ５（高純度化学研究所製、純度９９．９％）、ＺｎＯ（高純度化学研究所製、純度９９．９％）、Ｓｂ２Ｏ３（和光試薬製、純度９９．９％）である。ＺｎＯは、スペーサの固定時にガラス成分中のリンと反応してリン酸亜鉛を形成し、結晶相として析出する。
【００３８】
ＺｎＯを除く各原料の混合比率は５０ｗｔ％Ｖ２Ｏ５、２０ｗｔ％Ｐ２Ｏ５、２０ｗｔ％Ｓｂ２Ｏ３、１０ｗｔ％ＢａＯとした。ＢａＣＯ３に関しては、ＢａＯ＋ＣＯ２の分解を加味し、ＢａＯ相当量を換算し、混合した。また、各原料は平均粒子径が１μｍとなるように粉砕して用いた。
【００３９】
まず、Ｐ２Ｏ５とＺｎＯを除いた各原料を混合した。Ｐ２Ｏ５は吸湿性が高いため、長時間大気中に放置しないためである。Ｐ２Ｏ５とＺｎＯ以外の混合粉末を白金るつぼに入れ、白金るつぼごと秤に乗せた。次いで、Ｐ２Ｏ５を所定量秤量し、金属製のスプーンで混合した。このとき、大気からの吸湿を避けるため、乳鉢やボールミルを用いた混合はしない。
【００４０】
上記の原料混合粉末が入った白金るつぼを、ガラス溶解炉に設置し、加熱を開始した。昇温速度を５℃/分とし、目標温度に到達した時点から１時間保持した。本実施例では、目標温度を１０００℃に固定している。溶解しているガラスを撹拌しながら1時間保持し、保持後は白金るつぼを溶解炉から取り出し、黒鉛鋳型に注入し、急冷した。
【００４１】
得られたガラスの熱特性は表２に示す通りである。ガラスの軟化温度より、本ガラスフリットを用いてスペーサを固定する温度を４５０℃とした。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
得られたガラス母材を平均粒子径５μｍ（最大粒子径１０μｍ）に粉砕した後、同ガラスを結晶化させるためのＺｎＯ（平均粒子径１μｍ）を表１に示す比率で混合した。
【００４４】
混合粉末を直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形し、４５０℃で３０分間熱処理し、Ｘ線回折装置により、生成した結晶相を同定した。その結果、表１に示すとおり、ＺｎＯを多く添加したサンプルほど生成した結晶相の比率は多い、つまりガラスフリット内に残存しているガラスの量が少ないことがわかった。
【００４５】
上記混合粉末と溶剤およびバインダを混合してペースト状にし、図１に示すパネルを作製する際にスペーサを固定するガラスフリットとして適用した。ペーストの固形分は７５ｗｔ％とした。前面パネルにペーストを塗布し、スペーサを仮固定した後、大気中４５０℃で３０分間焼成し、スペーサを固定した。この時、ＺＳＺ−２７０およびＺＳＺ−２７１のペーストを用いたスペーサは十分固定されず、一部脱落するものもあった。これはガラスフリット内に結晶相が多く生成しすぎたため、接着に寄与するガラス成分が残留しなかったためである。これより、結晶相の含有率の上限は９５体積％にすることが好ましい。
【００４６】
スペーサが前面パネルにガラスフリットを用いて固定され、背面パネルに接着材を用いずに当接された、図１に示す構造の表示装置を点灯した結果、ＺｎＯの添加量が少ないペーストを用いたサンプルでは、スペーサの影が画面に現れた。点灯実験後、パネルを分解し、スペーサや電子放出源の周辺を分析したところ、ガラスフリットの構成成分であるＶやＰが検出され、これらの拡散によりスペーサや電子放出源が汚染され、画像を劣化させたことが確認された。
【００４７】
また、ＺｎＯの添加量が１０〜２３ｗｔ％の範囲で、スペーサの影が見えない、高画質の表示装置を得ることができた。
【００４８】
なお、本実施例では、ガラス成分の一部と反応して結晶相を析出する成分としてＺｎＯを使用したが、これに代えてＭｇＯを使用することも可能である。ＭｇＯはガラス成分中のリンと反応してリン酸マグネシウムを形成し、このリン酸マグネシウムが結晶相として析出する。ただし、リン酸マグネシウムの結晶化温度はリン酸亜鉛よりも高いので、ＭｇＯを用いる場合には、スペーサを固定する際の加熱温度を、ＺｎＯを用いた場合よりも高くする必要がある。また、ＺｎＯに代えてＺｒＯ２を用いても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施例では５０ｗｔ％Ｖ２Ｏ５、２０ｗｔ％Ｐ２Ｏ５、２０ｗｔ％Ｓｂ２Ｏ３、１０ｗｔ％ＢａＯのガラス母材を用いたが、これに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】フィールドエミッションディスプレイの概略図である。
【図２】スペーサと前面板との固定部分を示した概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１…第１のガラス基板、１０２…第２のガラス基板、１０３…封止ガラス枠、１０４…スペーサ、１０５…接着層、１０６…接着層。
【図１】
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【図２】
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