説明

導電部材および画像表示装置

【課題】 画像表示装置の表示パネルにおけるスペーサを固定するためのPbフリーの導電性接合材を提供する。
【解決手段】 遷移金属元素含むリン酸系ガラスに、銀または銅の金属粒子を混入して導電性接合材を構成し、前記遷移金属元素のうち一の元素の価数を複数種類のものとした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電部材とこの導電部材を用いた画像表示装置に係り、真空中への電子放出を利用した自発光フラットパネル型の画像表示装置、特に電界放出で電子を放出する電子源を備えたる背面基板で構成された背面パネルと、背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層と電子加速電極である陽極を備えた前面基板で構成された前面パネルとの間を所定間隔に保持する複数のスペーサ(間隔保持部材、隔壁とも称する)を配設して構成された表示パネルを具備した画像表示装置に好適なものである。
【背景技術】
【0002】
高輝度、高精細に優れた画像表示装置(ディスプレイデバイス)として従来からカラー陰極線管が広く用いられている。しかし、近年の情報処理装置やテレビ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、省スペース化の平面型(又はフラットパネル型)の画像表示装置の要求が高まっている。
【0003】
その典型例として液晶表示装置,プラズマ表示装置など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、電子源から真空中への電子放出を利用した電子放出型画像表示装置または電界放出型画像表示装置や、低消費電力を特徴とする有機ELディスプレイなど、種々の型式の平面型画像表示装置も実用化の段階にある。なお、補助的な照明光源を必要としないプラズマ画像表示装置、電子放出型画像表示装置または有機EL画像表示装置を自発光平面型画像表示装置と称するのが一般的である。
【0004】
このような自発光平面型画像表示装置のうち、電界放出型の画像表示装置には、C.A.Spindtらにより発案されたコーン状の電子放出構造をもつもの、メタル−インシュレータ−メタル(MIM)型の電子放出構造をもつもの、量子論的トンネル効果による電子放出現象を利用する電子放出構造(表面伝導型電子源とも称する)をもつもの、さらにはダイアモンド膜やグラファイト膜、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブなどが持つ電子放出現象を利用するものなどが知られている。
【0005】
自発光平面型画像表示装置の一例である電界放出型の画像表示装置を構成する表示パネルは、内面に電界放出型の電子源を有する電極線(通常はカソード線、信号線あるいはデータ線、以下信号線)と制御電極である電極線(通常はゲート線あるいは走査線、以下走査線)を形成した背面基板で構成された背面パネルと、この背面パネルと対向する内面に複数色の蛍光体層と加速電極(アノード電極、あるいは陽極とも称する)とを備えた前面基板で構成された前面パネルを有している。前面パネルを構成する前面基板は、ガラスを好適とする光透過性の材料で形成される。背面基板には、ガラスまたはアルミナ等を好適とする絶縁材が用いられる。
【0006】
そして、両パネルの貼り合せ内周縁には封止枠(通常はガラス枠、枠ガラスとも称する)を介挿し、封着部材で封着して封止し、当該背面パネルと前面パネル及び封止枠とで形成される内部を真空にして構成される。
【0007】
電子源は信号線と走査線との交差部の近傍に有し、信号線と走査線の間の電位差で電子源からの電子の放出量(放出のオン・オフを含む)を制御する。放出された電子は、前面パネルに有する陽極に印加される高電圧で加速され、同じく前面パネルに有する蛍光体層に射突し、これを励起することで当該蛍光体層の発光特性に応じた色光で発色する。
【0008】
個々の電子源は、対応する蛍光体層と対になって単位画素を構成する、通常は、赤(R),緑(G),青(B)の三色の単位画素で一つの画素(カラー画素またはピクセルとも称する)が構成される、なお、カラー画素の場合、単位画素は副画素(サブピクセル)とも称される。
【0009】
背面パネルと前面パネルとの内周縁部には、枠ガラスがフリットガラスなどの封着部材により固着されている。背面パネルと前面パネルと枠ガラスとで形成される気密容器の内部の真空度は、例えば10-5〜10-7Torrとされる。表示面のサイズが大きい表面パネルでは、背面パネルと前面パネルの間に複数のスペーサを介挿させて接合部材で接合固定し、両パネル間を所定の間隔に保持させている。このスペーサはガラスやセラミックスなどの絶縁部材の表面に若干の導電性を有する膜を塗布したもの、またはある程度の導電性を有する部材で形成した板状体からなり、通常、複数の画素毎に画素の動作を妨げない位置に設置される。
【0010】
背面パネルと前面パネルとの間を所定間隔に保持するスペーサの設置においては、当該スペーサのチャージアップにより電子線の軌道が曲げられない構造、また、スペーサの配置を工夫して隔壁の欠損を防止する構造、更には放電を防止する構造などについて各種研究がなされている。
【0011】
このようなスペーサの設置における接合部材として、特許文献1に記載されたようなPbO系ガラス、Bi23系ガラス、SiO2−Bi23系ガラス、ソーダガラス、シリカガラスにSi、Zn、Al、Sn、Mg等の少なくとも一種を含有させた導電性フリットガラスが知られている。また、V25、ZnO、B23、SiO2、Al23、MgO、CaO、SrO、BaOから選択された1又は2以上を含有した回路保護用ガラスも特許文献2で公知である。なお、特許文献3には、銅(Cu)を好適とする導電性物質の微粉末を混入した低膨張性ガラスが開示されている。
【特許文献1】特開2001−338528号公報
【特許文献2】特開平2−289445号公報
【特許文献3】特開昭61−281044号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
電界放出型の画像表示装置の表示パネルにおけるスペーサは、チャージアップを抑制するために、その抵抗率が108乃至109Ω・cm程度の導電性を持つようにされる。このようなスペーサを背面パネル(を構成する背面基板、通常はガラス基板)と前面パネル(を構成する前面基板、同じく通常はガラス基板)の間に植立し接合して固定するためには、抵抗率が103乃至107Ω・cm程度の導電性を有する接合部材(ガラスペースト、フリットガラス)が必要である。
【0013】
また、この導電部材は、背面基板と前面基板を構成するガラス材との熱膨張係数の差が小さく、製造工程での最高温度(略450℃)以下の低融点での濡れ性が良好で接合できることが求められる。
【0014】
なお、接合特性が良好なPbO系ガラスに導電性金属粒子として広く使用されるAg粒子を混合したものも考えられるが、PbO含有ガラスは環境負荷の問題から西暦2006年以降は使用不可となるので、他の代替材料の開発が求められている。
【0015】
本発明の目的は、画像表示装置の表示パネルにおけるスペーサを固定するための新規な導電部材、およびこの導電部材を用いて接合されたスペーサを有する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】
【0016】
上記目的を達成するため、本発明の導電部材は、遷移金属元素を含むリン酸系ガラスと銀または銅の金属粒子を混入して構成され、遷移金属元素を価数の異なる同一元素とした。
2種類以上の価数の遷移金属元素は、特に、バナジウム、ニオブ、タングステン、モリブデン、または鉄であるとよい。例えば、バナジウムの4価及び5価が混在するリン酸ガラスに、Au金属粒子を混在させたものである。
【0017】
また、本発明の導電部材は、酸化物換算の重量百分率で55〜75wt%V25、15〜30wt%P25、5〜25wt%BaOを少なくとも含有するガラスと、銀または銅の金属粒子を混合して構成した。また、他の本発明の導電部材は、酸化物換算の重量百分率で5〜50wt% WO3、20〜40wt%P25、5〜25wt%BaOを少なくとも含有するガラスと、銀または銅の金属粒子を混合して構成した。
【0018】
そして、銀または銅の金属粒子の配合比は10体積%以上50体積%以下とすることが好ましい。
【0019】
また、本発明の画像表示装置は、上記した導電部材を用いてスペーサを接合し固定した。
【0020】
バナジウムの価数は主に+4または+5、ニオブの価数は主に+2から+5の間、タングステンの価数は主に+2から+6の間、モリブデンの価数は主に+4から+6の間、また鉄の価数は主に+2から+3の間の値を取り、それぞれがガラス中に混在する。価数の低い遷移金属は、価数の高い遷移金属よりも多くの電子を有している。価数の高い遷移金属にも電子の存在が許されるため、電子は価数の高い元素と価数の低い元素の間をホッピング伝導する。価数の異なる元素の比率によって電気伝導度が決まるが、一般的にはおおむね1:1の比率で良好な電気伝導が得られるので、元素の比率は0.8〜1.2:0.8〜1.2の間であることが好ましい。
【発明の効果】
【0021】
遷移金属元素および価数の異なる同一元素を含むリン酸系ガラスは、ポッピング伝導と呼ばれる電子伝導特性を呈し、このようなガラスに銀または銅の金属粒子を混入することにより、金属粒子同士の接触が少ない状態でも、金属粒子間に介在するガラスのホッピング伝導を利用して電気伝導性が生じる。このため比較的少量の金属粒子を混合することにより、ガラスの濡れ性を維持しつつ、良好な電気伝導特性を得られる効果がある。なお、本発明の導電部材は、配線材としても適用可能で、かつ鉛(Pb)フリーなので、環境にやさしく、RoHS規制に対応できる。
【0022】
本発明の導電性接合材を用いてスペーサを接合し、背面基板基板と前面基板の間に植立させることで、スペーサにチャージアップしようとする電荷が基板側に吸収され、高品質な画像表示が可能な画像表示装置を提供できる。
【0023】
なお、本発明は、前述した各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例1】
【0025】
図1は、本発明による画像表示装置の一例を説明する図であり、図1(a)は斜視図、図1(b)は図1(a)のA−A’線に沿って切断した概略断面図である。図1において、背面パネルPNL1を構成する背面基板SUB1の内面には信号線(データ線、カソード電極線)CLと走査線(ゲート電極線)GLを有し、信号線CLと走査線GLの交差部分に電子源ELSが形成されている。走査線GLの端部には図示しない走査線引出線が形成され、信号線CLの端部には図示しない信号線引出線が形成されている。
【0026】
また、前面パネルPNL2を構成する前面基板SUB2の内面には、遮光膜(ブラックマトリクス)BM、陽極(メタルバック、アノード)AD及び蛍光体層PH等が形成されている。背面パネルPNL1を構成する背面基板SUB1と、前面パネルPNL2を構成する前面基板SUB2とは、その周縁部に封止枠(枠ガラス)MFLを介在させて封着部材FGMにより貼り合わされる。この貼り合わせた間隙を所定値に保持するため、背面基板SUB1と前面基板PNL2の間に上記したスペーサSPCが導電部材(図示せず)で接合されて植立される。
【0027】
なお、背面パネルPNL1と前面パネルPNL2および封止枠MFLで密封された内部空間は、背面パネルPNL1の一部に設けた図示しない排気管から排気して所定の真空状態に保持される。これらの構成については後述する。
【0028】
図2は、図1のA−A’線に沿った断面の詳細構造を説明する模式図である。また、図3は、図2の要部拡大断面図である。図2、図3において、FGMは枠ガラスMFLを固定する封着部材、FGSはスペーサを接合する導電部材、ARは表示領域である。図1と同一符号は同一機能部分に対応する。
【0029】
このような構成において、背面基板SUB1はガラス板またはアルミナ等のセラミック板を好適とし、前面基板SUB2は透明なガラス板等を好適としている。なお、背面基板SUB1にも通常はガラス基板が用いられる。その内面に前記したブラックマトリクスBM、蛍光体層PH、陽極ADが形成されている。
【0030】
また、背面基板SUB1と前面基板SUB2との間の周縁部に設置された外枠を兼ねた枠ガラスMFLは、背面基板SUB1と前面基板SUB2との間に封着部材FGMを介して固定され、当該背面基板SUB1と前面基板SUB2との間の周縁における間隔を所定寸法、例えば約3mm程度に保持する。
【0031】
スペーサSPCは、背面基板SUB1の内面に形成された走査線GLと前面基板SUB2の内面に形成されたブラックマトリクスBM上の陽極ADの間に導電部材FGSで接合固定されている。
【0032】
図4は、本発明の画像表示装置の全体構造の一例をより具体的に説明する一部破断して示す斜視図である。また、図5は、図4のA−A’線に沿って切断した断面図である。繰り返しの説明になるが、背面パネルPNL1を構成する背面基板SUB1の内面には信号線CLと走査線GLを有し、信号線CLと走査線GLの交差部近傍に電子源が形成されている。信号線CLの端部には信号線引出線CLTが形成され、走査線GLの端部には走査線引出線GLTが形成されている。
【0033】
前記したように、前面パネルPNL2を構成する前面基板SUB2の内面には陽極ADと蛍光体層PHが形成されている。背面パネルPNL1を構成する背面基板SUB1と前面パネルPNL2を構成する前面基板SUB2とは、その周縁に封止枠MFLを介在させて貼り合わされる。前記したが、この貼り合わせた間隙を所定値に保持するため、背面パネルSUB1と前面パネルPNL2の間にガラス板あるいはセラミックス板を好適とするスペーサSPCを植立させている。図5はこのスペーサSPCに沿った断面を示す。図5には、走査線GLの上に、当該走査線GLに沿って3枚のスペーサを示してあるが、これはあくまで一例である。
【0034】
なお、背面パネルPNL1と前面パネルPNL2および枠ガラスMFLで密封された内部空間は、背面パネルPNL1の一部に設けた排気管EXCから排気して所定の真空状態にする。
【0035】
図6は、本発明の画像表示装置の1画素の構成例を説明する模式図である。背面基板SUB1の主面(内側表面)にアルミニウム(Al)膜を好適とする電子源の下部電極を構成する信号線CL、下部電極のアルミニウムを陽極酸化した陽極酸化膜からなる第1の絶縁膜INS1、窒化シリコン膜SiNを好適とする第2の絶縁膜INS2、給電電極(接続電極)ELC、クロムCrを好適とする走査線GL、走査線GLに接続した画素の電子源を構成する上部電極AEDが形成されている。
【0036】
電子源は、信号線CLを下部電極とし、下部電極の上に位置する第1の絶縁膜INS1の一部を形成する薄膜部分INS3、前記薄膜部分INS3の上層に積層する上部電極AEDの部分とで構成される。上部電極AEDは、走査線GLと給電電極ELCの一部とを覆って形成されている。薄膜部分INS3は、所謂トンネル膜である。この構成で、所謂ダイオード電子源が形成される。
【0037】
一方、前面パネルPNL2は、透明なガラス基板を好適とする前面基板SUB2の主面にブラックマトリクスBMで隣接画素と区画された蛍光体PH、アルミニウム蒸着膜を好適とする陽極ADが形成されている。背面パネルPNL1と前面パネルPNL2の間の間隔は3ないし5mm前後であり、この間隔をスペーサSPCで維持している。
【0038】
この様な構成において、背面パネルPNL1の上部電極AEDと前面パネルPNL2の陽極ADの間に加速電圧(2、3kV乃至10kV程度、図6では約5kV)を印加すると、下部電極である信号線CLに供給される表示データの大きさに応じた電子e-が出射し、加速電圧によって蛍光体PHに射突し、これを励起して所定周波数の光Lを前面パネルPNL2の外部に出射する。なお、フルカラー表示の場合は、この単位画素はカラーの副画素(サブピクセル)であり、通常は赤(R)、緑(G)、青(B)の3つの副画素で1カラー画素(カラーピクセル)を構成する。
【0039】
図7は、本発明の画像表示装置の等価回路例を説明する図である。図7中に破線で示した領域は表示領域ARであり、この表示領域ARにn本の信号線CLとm本の走査線GLが互いに交差して配置されてn×mのマトリクスが形成されている。マトリクスの各交差部は副画素を構成し、図中の3つの単位画素(あるいは、副画素:サブピクセル)"R","G","B"の1グループでカラー1画素(カラーピクセル)を構成する。信号線CLは、信号線引出端子CLTで画像信号駆動回路DDRに接続され、走査線GLは走査線引出端子GLTで走査信号駆動回路SDRに接続されている。画像信号駆動回路DDRには外部信号源から画像信号NSが入力され、走査信号駆動回路SDRには同様に走査信号SSが入力される。
【0040】
これにより、順次選択される走査線GLに交差する信号線CLに画像信号を供給することで、二次元のフルカラー画像を表示することができる。本構成例の表示パネルを用いることにより、比較的低電圧で高効率の自発光平面型の画像表示装置が実現される。
【0041】
次に、スペーサとその固定構造について説明する。図1から図6で説明した本実施例のスペーサSPCの一例は、SiO2を主成分とし、La、Sc、Y、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luより選ばれた少なくとも一種を1〜20重量%含有するガラス材の成形体からなる。そして、このスペーサ本体の外周面に帯電防止用の導電性膜が被着されて形成されている。なお、スペーサ本体の外周面に帯電防止用の導電性膜を被着するものに代えて、スペーサ本体自体に導電性を有する材料を用いることもできる。
【0042】
このスペーサSPCを、前記の背面基板SUB1と前面基板SUB2とに挟まれて形成された表示領域AR内に両基板面に対して略垂直で、スペーサSPCの長さ方向を一方向(図7のx方向)に一致させて複数枚を所定のピッチ間隔で整列して列とし、この列を上記一方向に交差する他方向(図7のy方向)に複数列所定のピッチ間隔で走査線GLの上に並設し、導電部材FGSで接合して固定する(図3参照)。
【0043】
導電部材FGSは、遷移金属元素を含むリン酸系ガラスに、銀または銅の金属粒子を混入して構成したものであり、前記の遷移金属元素のうち少なくとも一の価数を2種類以上の異なるものとした。また、前記の遷移金属元素は、バナジウム、ニオブ、タングステン、モリブデン、鉄の少なくともいずれかであることがよい。
【0044】
また、本発明の導電部材は、酸化物換算の重量百分率で55〜75wt%V25、15〜30wt%P25、5〜25wt%BaOを少なくとも含有するガラスと、銀または銅の金属粒子を混入して構成したものである。また、他の本発明の導電部材は、酸化物換算の重量百分率で5〜50wt% WO3、20〜40wt%P25、5〜25wt%BaOを少なくとも含有するガラスと、銀または銅の金属粒子を混入して構成したものである。
【0045】
そして、銀または銅の金属粒子の配合比が10体積%以上50体積%以下の導電部材とした。
【0046】
本発明の画像表示装置は、上記した導電部材を用いてスペーサを接合し固定した。このように、背面基板基板と前面基板の間に本発明の導電部材を用いてスペーサを植立させることで、スペーサにチャージアップしようとする電荷が基板側に吸収され、高品質な画像表示が可能な画像表示装置を提供できる。
【0047】
また、このスペーサ本体の全表面にシリカ膜を被着形成して微細な凹凸面を形成して表面を粗面化させることによって最表面に成膜される導電性金属膜の被着性及び導電性を向上させて電子源からの電子放射による帯電に起因する二次電子の放出を防止させることができる。
【0048】
スペーサの表面に被着される導電性膜は、例えばATOまたはPTOと無機バインダーとを混合させた溶液内にスペーサ本体を浸漬するディップ法により被着させた後、焼成して形成することができる。このように構成されたスペーサSPCを、前記した導電部材FGSで走査線と陽極とに接合固定することにより、スペーサSPCに帯電するチャージアップ分が容易に流出され、電子流への影響が防止される。
【0049】
なお、前記実施例では、電子源にMIM型を用いた構造を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述した各種の電子源を用いた自発光型の画像表示装置に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明による画像表示装置の一例を説明する図である。
【図2】図1のA−A’線に沿った断面の詳細構造を説明する模式図である。
【図3】図2の要部拡大断面図である。
【図4】本発明の画像表示装置の全体構造の一例をより具体的に説明する一部破断して示す斜視図である。
【図5】図4のA−A’線に沿って切断した断面図である。
【図6】本発明の画像表示装置の1画素の構成例を説明する模式図である。
【図7】本発明の画像表示装置の等価回路例を説明する図である。
【符号の説明】
【0051】
PNL1・・・背面パネル、PNL2・・・前面パネル、SUB1・・・背面基板、SUB2・・・前面基板、CL・・・信号線、CLT・・・信号線引出端子、GL・・・走査線、GLT・・・走査線引出端子、SPC・・・スペーサ、PH・・・蛍光体層、BM・・・ブラックマトリクス、AD・・・陽極、MFL・・・枠ガラス、FGS・・・導電部材、FGM・・・封着部材。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
遷移金属元素を含むリン酸系ガラスと、銀または銅の金属粒子より構成される導電部材であって、前記遷移金属元素うち少なくとも一の元素の価数が二種類以上存在することを特徴とする導電部材。
【請求項2】
バナジウム、ニオブ、タングステン、モリブデン、鉄の少なくともいずれかの元素を含むリン酸系ガラスと、銀または銅の金属粒子を含む導電部材であって、前記任意の一の元素が2種類の価数の元素で構成される導電部材。
【請求項3】
重量百分率で55〜75wt%V25、15〜30wt%P25、5〜25wt%BaOを少なくとも含有するガラスと、銀または銅の金属粒子より構成される導電部材。
【請求項4】
重量百分率で5〜50wt%WO3、20〜40wt%P25、5〜25wt%BaOを少なくとも含有するガラスと、銀または銅の金属粒子より構成される導電部材。
【請求項5】
銀または銅の金属粒子の配合比が10体積%以上50体積%以下である、請求項1から4のいずれかに記載の導電部材。
【請求項6】
第1の方向に延在して第1の方向と交差する第2の方向に並設された多数の信号線と、前記信号線とは絶縁されて前記第2の方向に延在して前記第1の方向に並設された多数の走査線と、前記信号線と前記走査線との交差部近傍に設けられた電子源を有する多数の画素とを備えた表示領域が形成された背面基板からなる背面パネルと、
前記背面パネルの前記表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層と陽極とが形成された前面基板からなる前面パネルと、
前記表示領域内で前記背面パネルと前記前面パネルとの間に導電部材で接合されて両パネル間を所定間隔に保持する複数のスペーサと、
前記背面パネルと前記前面パネルとの周辺部に封着部材を介在させて気密封止する枠ガラスとを備えた画像表示装置であって、
前記導電部材が、遷移金属元素および価数の異なる同一元素を含むリン酸系ガラスと、銀または銅の金属粒子より構成されることを特徴とする画像表示装置。


【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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【公開番号】特開2007−70127(P2007−70127A)
【公開日】平成19年3月22日(2007.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−255343(P2005−255343)
【出願日】平成17年9月2日(2005.9.2)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】(502356528)株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Fターム(参考)】