JP2004022189A - Image display device - Google Patents

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JP2004022189A
JP2004022189A JP2002171369A JP2002171369A JP2004022189A JP 2004022189 A JP2004022189 A JP 2004022189A JP 2002171369 A JP2002171369 A JP 2002171369A JP 2002171369 A JP2002171369 A JP 2002171369A JP 2004022189 A JP2004022189 A JP 2004022189A
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JP
Japan
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image display
display device
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metal
substrate
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Pending
Application number
JP2002171369A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Yamada
山田 晃義
Masahiro Yokota
横田 昌広
Koji Nishimura
西村 孝司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device preventing the generation of creep in a sealing part, and having high airtightness and high reliability. <P>SOLUTION: This image display device is equipped with an envelope 10 having a rear substrate 12 and a front substrate 11 facing the rear substrate. The front substrate and the rear substrate are sealed at their peripheries through a sealing layer 33, and the sealing layer is formed by mixing a first metal material which is main component and at least one second material having different hardness from the first metal material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対向配置された一対の基板を有する外囲器を備えた画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、陰極線管(以下、CRTと称する)に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な画像表示装置が開発されている。このような画像表示装置には、液晶の配向を利用して光の強弱を制御する液晶ディスプレイ(以下、LCDと称する)、プラズマ放電の紫外線により蛍光体を発光させるプラズマディスプレイパネル(以下、PDPと称する)、電界放出型の電子放出素子から放出された電子ビームにより蛍光体を発光させるフィールドエミッションディスプレイ(以下、FEDと称する)、表面伝導型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させる表面伝導電子放出ディスプレイ(以下、SEDと称する)などがある。
【0003】
例えばFEDやSEDでは、一般に、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周辺部同士を互いに接合することにより真空の外囲器を構成している。前面基板の内面には蛍光体スクリーンが形成され、背面基板の内面には蛍光体を励起して発光させる電子放出源として多数の電子放出素子(以下、エミッタと称する)が設けられている。
【0004】
また、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には複数の支持部材が配設されている。背面基板側の電位はほぼアース電位であり、蛍光面にはアノード電圧Vaが印加される。そして、蛍光体スクリーンを構成する赤、緑、青の蛍光体にエミッタから放出された電子ビームを照射し、蛍光体を発光させることによって画像を表示する。
【0005】
このようなFEDやSEDでは、表示装置の厚さを数mm程度にまで薄くすることができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されているCRTと比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなFEDやSEDでは、外囲器の内部を高真空にすることが必要となる。また、PDPにおいても、外囲器内を一度真空にしてから放電ガスを充填する必要がある。
【0007】
外囲器を真空にする方法としては、まず、外囲器の構成部材である前面基板、背面基板、および側壁を適当な封着材料により大気中で加熱して接合し、その後、前面基板または背面基板に設けた排気管を通して外囲器内を排気した後、排気管を真空封止する方法がある。しかし、平面型の外囲器では排気管を介した排気速度は極めて小さく、到達できる真空度も悪いため、量産性および特性面に問題がある。
【0008】
この問題を解決する方法として、例えば特開2000−229825号公報には、外囲器を構成する前面基板および背面基板の最終組立を真空槽内にて行う方法が示されている。
【0009】
この方法では、まず、真空槽内に持ち込まれた前面基板および背面基板を十分に加熱しておく。これは、外囲器真空度を劣化させる主因となっている外囲器内壁からのガス放出を軽減するためである。次に、前面基板および背面基板が冷えて真空槽内の真空度が十分に向上したところで、外囲器真空度を改善、維持させるためのゲッター膜を蛍光面スクリーン上に形成する。その後、封着材料が溶解する温度まで前面基板および背面基板を再び加熱し、前面基板および背面基板を所定の位置に組み合わせた状態で封着材料が固化するまで冷却する。
【0010】
このような方法で作成された真空外囲器は、封着工程と真空封止工程を兼ねるうえ、排気に伴う多大な時間が要らず、かつ、極めて良好な真空度を得ることができる。また、封着材料としては、封着、封止一括処理に適した低融点金属材料を使用することが望ましい。
【0011】
一方、平面型の画像表示装置では、封着後、前面基板と背面基板との位置関係が一定に保たれないと、画像領域に色ズレが発生してしまう。このような位置ずれの原因として、封着部のクリープが考えられ、大型サイズの画像表示装置の量産において高い歩留りを得るためには、クリープの発生を防止する必要がある。
【0012】
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、封着部におけるクリープの発生を防止し、気密性および信頼性の向上した画像表示装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有した外囲器を備え、上記前面基板および上記背面基板は封着層を介して周辺部が封着され、この封着層は、主成分である第1金属材料と、第1金属材料よりもクリープ耐性の高い少なくとも1つの第2材料とが混在して形成されている。
【0014】
上記のように構成された画像表示装置によれば、封着層内に主成分よりもクリープ耐性の高い材料を含有させることで、封着層のクリープあるいは塑性変形を抑制することができ、気密性および信頼性の向上し、かつ、色ずれのない高画質な画像表示装置を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の画像表示装置をFEDに適用した実施の形態について詳細に説明する。
図1ないし図3に示すように、このFEDは、絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる前面基板11、および背面基板12を備え、これらの基板は約1.5〜3.0mmの隙間を置いて対向配置されている。そして、前面基板11および背面基板12は、矩形枠状の側壁18を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された偏平な矩形状の真空外囲器10を構成している。
【0016】
真空外囲器10の内部には、背面基板12および前面基板11に加わる大気圧荷重を支えるため、複数の板状の支持部材14が設けられている。これらの支持部材14は、真空外囲器10の短辺と平行な方向に延在しているとともに、長辺と平行な方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。なお、支持部材14の形状については特にこれに限定されるものではなく、柱状の支持部材を用いてもよい。
【0017】
図4に示すように、前面基板11の内面上には蛍光体スクリーン16が形成されている。この蛍光体スクリーン16は、赤、青、緑の3色に発光するストライプ状の蛍光体層R、G、B、およびこれらの蛍光体層間に位置した非発光部としてのストライプ状の黒色光吸収層20を並べて構成されている。蛍光体層R、G、Bは、真空外囲器10の短辺と平行な方向に延在しているとともに、長辺と平行な方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。なお、蛍光体スクリーン16上には、メタルバックとして図示しないアルミニウム層が蒸着されている。
【0018】
図3に示すように、背面基板12の内面上には、蛍光体層R、G、Bを励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電界放出型の電子放出素子22が設けられている。これらの電子放出素子22は、画素毎に対応して複数列および複数行に配列されている。
【0019】
詳細に述べると、背面基板12の内面上には、導電性カソード層24が形成され、この導電性カソード層上には多数のキャビティ25を有した二酸化シリコン膜26が形成されている。二酸化シリコン膜26上には、モリブデン、ニオブ等からなるゲート電極28が形成されている。そして、背面基板12の内面上において各キャビティ25内に、モリブデン等からなるコーン状の電子放出素子22が設けられている。その他、背面基板12上には、電子放出素子22に接続された図示しないマトリックス状の配線等が形成されている。
【0020】
上記のように構成されたFEDにおいて、映像信号は、電子放出素子22とゲート電極28に入力される。電子放出素子22を基準とした場合、最も輝度の高い状態の時、+100Vのゲート電圧が印加される。また、蛍光体スクリーン16には+10kVが印加される。そして、電子放出素子22から放出される電子ビームの大きさは、ゲート電極28の電圧によって変調され、この電子ビームが蛍光体スクリーン16の蛍光体層を励起して発光させることにより画像を表示する。
【0021】
このように蛍光体スクリーン16には高電圧が印加されるため、前面基板11、背面基板12、側壁18、および支持部材14用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。また、後述するように、背面基板12と側壁18との間は、フリットガラス等の低融点ガラス30によって封着され、前面基板11と側壁18との間は、封着面上に形成された下地層31とこの下地層上に形成されたインジウム層32とが融合した封着層33によって封着されている。
【0022】
次に、上記のように構成されたFEDの製造方法について詳細に説明する。
まず、前面基板11となる板ガラスに蛍光体スクリーン16を形成する。これは、前面基板11と同じ大きさの板ガラスを準備し、この板ガラスにプロッターマシンで蛍光体層のストライプパターンを形成する。この蛍光体ストライプパターンが形成された板ガラスと前面基板用の板ガラスとを位置決め治具に載せて露光台にセットし、露光、現像して蛍光体スクリーン16を生成する。
【0023】
続いて、背面基板用の板ガラスに電子放出素子22を形成する。この場合、板ガラス上にマトリックス状の導電性カソード層を形成し、この導電性カソード層上に、例えば熱酸化法、CVD法、あるいはスパッタリング法により二酸化シリコン膜の絶縁膜を形成する。
【0024】
その後、この絶縁膜上に、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法によりモリブデンやニオブなどのゲート電極形成用の金属膜を形成する。次に、この金属膜上に、形成すべきゲート電極に対応した形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。このレジストパターンをマスクとして金属膜をウェットエッチング法またはドライエッチング法によりエッチングし、ゲート電極28を形成する。
【0025】
次に、レジストパターン及びゲート電極をマスクとして絶縁膜をウェットエッチングまたはドライエッチング法によりエッチングして、キャビティ25を形成する。そして、レジストパターンを除去した後、背面基板表面に対して所定角度傾斜した方向から電子ビーム蒸着を行うことにより、ゲート電極28上に、例えばアルミニウムやニッケルからなる剥離層を形成する。この後、背面基板表面に対して垂直な方向から、カソード形成用の材料として、例えばモリブデンを電子ビーム蒸着法により蒸着する。これによって、各キャビティ25の内部に電子放出素子22を形成する。続いて、剥離層をその上に形成された金属膜とともにリフトオフ法により除去する。
【0026】
次に、電子放出素子22の形成された背面基板12の周縁部と矩形枠状の側壁18との間を、大気中で低融点ガラス30により互いに封着する。その後、背面基板12と前面基板11とを側壁18を介して互いに封着する。この場合、図5に示すように、まず、封着面となる側壁18の上面、および前面基板11の内面周縁部上に、それぞれ下地層31を全周に亘って所定幅に形成する。続いて、各下地層31の上に、金属封着材料としてのインジウムを塗布し、それぞれ下地層の全周に亘って延びたインジウム層32を形成する。
【0027】
なお、金属封着材料としては、融点が約350℃以下で密着性、接合性に優れた低融点金属材料を使用することが望ましい。本実施の形態で用いるインジウム(In)は、融点156.7℃と低いだけでなく、蒸気圧が低い、軟らかく衝撃に対して強い、低温でも脆くならないなどの優れた特徴がある。しかも、条件によってはガラスに直接接合することができる。
【0028】
下地層31は、金属封着材料に対して濡れ性および気密性の良い材料、つまり、金属封着材料に対して親和性の高い材料を用いる。下地層31としては、銀ペーストの他、Ni、Co、Au、Cu、Al等の金属ペーストを用いることができる。
【0029】
次に、封着面に下地層31およびインジウム層32が形成された前面基板11と、背面基板12に側壁18が封着されているとともにこの側壁上面に下地層31およびインジウム層32が形成された背面側組立体とを、図6に示すように、封着面同士が向かい合った状態で、かつ、所定の距離をおいて対向した状態で治具等により保持し、真空処理装置に投入する。
【0030】
図7に示すように、この真空処理装置100は、順に並んで設けられたロード室101、ベーキング、電子線洗浄室102、冷却室103、ゲッター膜の蒸着室104、組立室105、冷却室106、およびアンロード室107を有している。これら各室は真空処理が可能な処理室として構成され、FEDの製造時には全室が真空排気されている。また、隣合う処理室間はゲートバルブ等により接続されている。
【0031】
所定の間隔をおいて対向した背面側組立体および前面基板11は、ロード室101に投入され、ロード室101内を真空雰囲気とした後、ベーキング、電子線洗浄室102へ送られる。べーキング、電子線洗浄室102では、10−5Pa程度の高真空度に達した時点で、背面側組立体および前面基板11を300℃程度の温度に加熱してベーキングし、各部材の表面吸着ガスを十分に放出させる。
【0032】
この温度ではインジウム層(融点約156℃)32が溶融する。しかし、インジウム層32は親和性の高い下地層31上に形成されているため、インジウムは流動することなく下地層31上に保持され、電子放出素子22側や背面基板12の外側、あるいは蛍光体スクリーン16側への流出が防止される。
【0033】
また、ベーキング、電子線洗浄室102では、加熱と同時に、ベーキング、電子線洗浄室102に取り付けられた図示しない電子線発生装置から、前面基板11の蛍光体スクリーン面、および背面基板12の電子放出素子面に電子線を照射する。この電子線は、電子線発生装置外部に装着された偏向装置によって偏向走査されるため、蛍光体スクリーン面、および電子放出素子面の全面を電子線洗浄することが可能となる。
【0034】
加熱、電子線洗浄後、背面基板側組立体および前面基板11は冷却室103に送られ、例えば約100℃の温度の温度まで冷却される。続いて、背面側組立体および前面基板11はゲッター膜を形成する蒸着室104へ送られ、ここで蛍光体スクリーンの外側にゲッター膜としてBa膜が蒸着形成される。このBa膜は、表面が酸素や炭素などで汚染されることが防止され、活性状態を維持することができる。
【0035】
次に、背面側組立体および前面基板11は組立室105に送られ、ここで200℃まで加熱されインジウム層32が再び液状に溶融あるいは軟化される。この状態で、前面基板11と側壁18とを接合して所定の圧力で加圧した後、インジウムを除冷して固化させる。これにより、前面基板11と側壁18とが、インジウム層32および下地層31を融合した封着層33によって封着され、真空外囲器10が形成される。
【0036】
このようにして形成された真空外囲器10は、冷却室106で常温まで冷却された後、アンロード室107から取り出される。以上の工程により、FEDが完成する。
【0037】
以上のように構成されたFEDおよびその製造方法によれば、真空雰囲気中で前面基板11、および背面基板12の封着を行うことにより、ベーキングおよび電子線洗浄の併用によって基板の表面吸着ガスを十分に放出させることができ、ゲッター膜も酸化されず十分なガス吸着効果を得ることができる。これにより、高い真空度を維持可能なFEDを得ることができる。
【0038】
また、封着材料としてインジウムを使用することにより、フリットガラスで封着した場合のように、真空中で発泡することなく、気密性および封着強度の高いFEDパネルを得ることが可能となる。同時に、インジウム層32の下に下地層31を設けることにより、封着工程においてインジウムが溶融した場合でもインジウムの流出を防止し所定位置に保持することができる。このようにしてFEDを作製することで、気密性の高い真空外囲器10が得られる。
【0039】
一方、上記のように構成されたFEDにおいて、図8に示すTEM像のように、封着層33は、その内部に、大きさが数μオーダーの楕円形状部50がほぼ均一に点在した構造となる。この楕円形状部50の粒径は、約0.1〜10μmとなっている。図9ないし図11は、図8に示したTEM像の分析点b1、b3、b4におけるEDX分析データをそれぞれ示している。これらの図から、楕円形状部50(分析点b3、b4)の組成は、インジウムが約70%、銀が約30%からなるInAg合金であることがわかる。また、分析点b1の組成はインジウムが約99.7%で銀が約0.3%であることが分かる。このような封着層33中の銀は、真空加熱時、下地層の銀ペーストからインジウムに拡散されて供給される。
【0040】
InAg合金は、Ag含有量が多い程、硬度が高くなる特性をもっている。そのため、銀を約30%含むInAg合金からなる楕円形状部50は、封着層33の他の領域と比較して硬度が高くなっている。従って、封着層33に多少の応力が作用した場合でも、前面基板11と背面基板12との間におけるクリープの発生を防止することができる。同時に、封着層33の材料が溶融した時の粘性は、インジウムのみが同じ温度で溶融した時の粘性よりも高く、溶融した封着材料の流出を一層確実に防止することができる。
【0041】
このように、封着層33は、この封着層の主成分である第1金属材料、つまり、インジウムに、第1金属材料よりも硬度および融点の高い第2材料、つまり、InAgを分散した構造を有している。ここで、主成分とは、封着材料における重量%が50%以上の成分を示している。
【0042】
第2材料としては、第1金属材料と異なる組成あるいは同一の組成で異なる成分比率を有した材料が用いられる。また、第2材料は、第1金属材料よりも高融点である金属を含む析出相である。このような第2材料としては、Sn、Bi、Ag、Cu、Fe、Ni、Cr、Coのいずれかの金属やガラス紛を含む材料を用いることができ、また、SiO2系の無機材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニア、酸化チタニア等を用いることができる。
【0043】
上述の実施の形態における第2材料としてのInAgは、第1金属材料を構成する主な金属Inを含み、かつこの金属の含有比率が第1金属材料より低くなっている。また、InAgは、Agを15%以上含有している。そして、以上のように、真空外囲器10の封着層33を形成する封着材料に高硬度の材料を含有させることでクリープの発生を防止し、50インチ以上の大型の場合でも、気密性および信頼性の向上し、かつ、色ずれのない高画質なFEDを実現することができる。
【0044】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態において、銀ペーストからなる下地層を設けることにより封着層に銀を含む第2材料を析出させる構成としたが、予めインジウムに銀を含有させた封着材料を用いて封着する構成としてもよい。また、下地層は、前面基板または側壁のどちらか一方に設ける構成としてもよい。更に、第2材料は、第1金属材料中で楕円形状を有した構成としたが、これに限らず、円形あるいは針形状としてもよい。
【0045】
その他、上述した実施の形態では、電子放出素子として電界放出型の電子放出素子を用いたが、これに限らず、pn型の冷陰極素子あるいは表面伝導型の電子放出素子等の他の電子放出素子を用いてもよい。また、この発明は、プラズマ表示パネル(PDP)、エレクトロルミネッセンス(EL)等の他の画像表示装置にも適用可能である。
【0046】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、クリープの発生を抑制し、気密性および信頼性の向上し、かつ、色ずれのない高画質な画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態に係るFEDを示す斜視図。
【図2】上記FEDの前面基板を取り外した状態を示す斜視図。
【図3】図1の線A−Aに沿った断面図。
【図4】上記FEDの蛍光体スクリーンを示す平面図。
【図5】上記FEDの真空外囲器を構成する側壁の封着面および前面基板の封着面に下地層およびインジウム層を形成した状態を示す斜視図。
【図6】上記封着部に下地層およびインジウム層が形成された背面側組立体と前面基板とを対向配置した状態を示す断面図。
【図7】上記FEDの製造に用いる真空処理装置を概略的に示す図。
【図8】上記FEDの封着層のイオンミリング法によるTEM観察画像。
【図9】図8における上記封着層の分析点b1のEDX分析データを示す図。
【図10】上記封着層界付近の分析点b3のEDX分析データを示す図。
【図11】上記封着層界付近の分析点b4のEDX分析データを示す図。
【符号の説明】
10…真空外囲器
11…前面基板
12…背面基板
14…支持部材
16…蛍光体スクリーン
18…側壁
22…電子放出素子
30…低融点ガラス
31…下地層
32…インジウム層
33…封着層
50…楕円形状部
100…真空処理装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device provided with an envelope having a pair of substrates arranged opposite to each other.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, various image display devices have been developed as next-generation lightweight and thin display devices that replace cathode ray tubes (hereinafter, referred to as CRTs). Such an image display device includes a liquid crystal display (hereinafter, referred to as an LCD) that controls the intensity of light using the orientation of a liquid crystal, and a plasma display panel (hereinafter, referred to as a PDP) that emits a phosphor by ultraviolet rays of plasma discharge. ), A field emission display (hereinafter, referred to as FED) in which a phosphor is emitted by an electron beam emitted from a field emission type electron-emitting device, and surface conduction in which a phosphor is emitted by an electron beam of a surface conduction electron-emitting device. There is an electron emission display (hereinafter, referred to as SED).
[0003]
For example, FEDs and SEDs generally have a front substrate and a rear substrate which are opposed to each other with a predetermined gap therebetween. Of the envelope. A phosphor screen is formed on the inner surface of the front substrate, and a number of electron-emitting devices (hereinafter, referred to as emitters) are provided on the inner surface of the rear substrate as electron emission sources for exciting the phosphor to emit light.
[0004]
Further, in order to support the atmospheric pressure load applied to the rear substrate and the front substrate, a plurality of support members are disposed between these substrates. The potential on the back substrate side is almost the ground potential, and the anode voltage Va is applied to the phosphor screen. Then, an image is displayed by irradiating the red, green, and blue phosphors constituting the phosphor screen with an electron beam emitted from the emitter to cause the phosphors to emit light.
[0005]
In such FEDs and SEDs, the thickness of the display device can be reduced to about several millimeters, and the weight and thickness have been reduced compared to CRTs currently used as displays for televisions and computers. can do.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the FED and SED as described above, it is necessary to make the inside of the envelope high vacuum. Also, in the case of a PDP, it is necessary to fill the discharge gas after the inside of the envelope is once evacuated.
[0007]
As a method of evacuating the envelope, first, the front substrate, the rear substrate, and the side walls, which are components of the envelope, are joined by heating in an atmosphere with a suitable sealing material, and then the front substrate or After exhausting the inside of the envelope through an exhaust pipe provided on the rear substrate, there is a method of vacuum-sealing the exhaust pipe. However, in the case of a flat type envelope, the exhaust speed through the exhaust pipe is extremely low, and the achievable vacuum degree is also poor, so that there are problems in mass productivity and characteristics.
[0008]
As a method for solving this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-229825 discloses a method in which the final assembly of a front substrate and a rear substrate constituting an envelope is performed in a vacuum chamber.
[0009]
In this method, first, the front substrate and the rear substrate brought into the vacuum chamber are sufficiently heated. This is to reduce the gas emission from the inner wall of the envelope, which is a main cause of deteriorating the degree of vacuum of the envelope. Next, when the front substrate and the rear substrate have cooled and the degree of vacuum in the vacuum chamber has been sufficiently improved, a getter film for improving and maintaining the degree of vacuum in the envelope is formed on the phosphor screen. Thereafter, the front substrate and the rear substrate are heated again to a temperature at which the sealing material dissolves, and the front substrate and the rear substrate are combined with each other at a predetermined position and cooled until the sealing material is solidified.
[0010]
The vacuum envelope produced by such a method serves both as a sealing step and a vacuum sealing step, does not require much time for evacuation, and can obtain an extremely good degree of vacuum. As the sealing material, it is desirable to use a low melting point metal material suitable for sealing and sealing batch processing.
[0011]
On the other hand, in a flat-type image display device, if the positional relationship between the front substrate and the rear substrate is not kept constant after sealing, a color shift occurs in the image area. As a cause of such a displacement, creep of the sealing portion can be considered. In order to obtain a high yield in mass production of a large-sized image display device, it is necessary to prevent creep from occurring.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an image display device which prevents the occurrence of creep in a sealing portion and has improved airtightness and reliability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image display device according to an aspect of the present invention includes a back substrate, and an envelope having a front substrate opposed to the back substrate, wherein the front substrate and the back substrate are sealed. The peripheral portion is sealed via the adhesion layer, and the sealing layer is formed by mixing a first metal material as a main component and at least one second material having higher creep resistance than the first metal material. Have been.
[0014]
According to the image display device configured as described above, by including a material having higher creep resistance than the main component in the sealing layer, it is possible to suppress creep or plastic deformation of the sealing layer, and to achieve airtightness. Thus, it is possible to realize a high-quality image display device with improved performance and reliability and no color shift.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which an image display device of the present invention is applied to an FED will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, this FED includes a front substrate 11 and a rear substrate 12 each made of rectangular glass as an insulating substrate, and these substrates have a gap of about 1.5 to 3.0 mm. They are placed facing each other. The front substrate 11 and the rear substrate 12 are joined to each other via a rectangular frame-shaped side wall 18 to form a flat rectangular vacuum envelope 10 whose inside is maintained in a vacuum state. .
[0016]
A plurality of plate-shaped support members 14 are provided inside the vacuum envelope 10 to support the atmospheric pressure load applied to the rear substrate 12 and the front substrate 11. These support members 14 extend in a direction parallel to the short side of the vacuum envelope 10 and are arranged at predetermined intervals along a direction parallel to the long side. Note that the shape of the support member 14 is not particularly limited to this, and a columnar support member may be used.
[0017]
As shown in FIG. 4, a phosphor screen 16 is formed on the inner surface of the front substrate 11. The phosphor screen 16 has striped phosphor layers R, G, and B that emit light of three colors, red, blue, and green, and a striped black light absorption as a non-light-emitting portion located between these phosphor layers. The layers 20 are arranged side by side. The phosphor layers R, G, and B extend in a direction parallel to the short side of the vacuum envelope 10 and are arranged at predetermined intervals along a direction parallel to the long side. An aluminum layer (not shown) is deposited on the phosphor screen 16 as a metal back.
[0018]
As shown in FIG. 3, on the inner surface of the rear substrate 12, a large number of field emission electron-emitting devices 22 each emitting an electron beam are provided as electron emission sources for exciting the phosphor layers R, G, and B. Have been. These electron-emitting devices 22 are arranged in a plurality of columns and a plurality of rows corresponding to each pixel.
[0019]
More specifically, a conductive cathode layer 24 is formed on the inner surface of the back substrate 12, and a silicon dioxide film 26 having a number of cavities 25 is formed on the conductive cathode layer. On the silicon dioxide film 26, a gate electrode 28 made of molybdenum, niobium or the like is formed. A cone-shaped electron-emitting device 22 made of molybdenum or the like is provided in each cavity 25 on the inner surface of the back substrate 12. In addition, on the back substrate 12, a matrix-like wiring (not shown) connected to the electron-emitting device 22 is formed.
[0020]
In the FED configured as described above, a video signal is input to the electron-emitting device 22 and the gate electrode 28. When the electron emission element 22 is used as a reference, a gate voltage of +100 V is applied when the luminance is the highest. Further, +10 kV is applied to the phosphor screen 16. The size of the electron beam emitted from the electron-emitting device 22 is modulated by the voltage of the gate electrode 28, and the electron beam excites the phosphor layer of the phosphor screen 16 to emit light, thereby displaying an image. .
[0021]
Since a high voltage is applied to the phosphor screen 16 in this manner, a high strain point glass is used for the front glass 11, the rear substrate 12, the side wall 18, and the plate glass for the support member 14. As will be described later, the space between the rear substrate 12 and the side wall 18 is sealed with a low-melting glass 30 such as frit glass, and the space between the front substrate 11 and the side wall 18 is formed on a sealing surface. An underlayer 31 and an indium layer 32 formed on the underlayer 31 are sealed by a sealing layer 33 which is fused.
[0022]
Next, a method of manufacturing the FED configured as described above will be described in detail.
First, the phosphor screen 16 is formed on a plate glass to be the front substrate 11. In this method, a glass sheet having the same size as the front substrate 11 is prepared, and a stripe pattern of the phosphor layer is formed on the glass sheet by a plotter machine. The plate glass on which the phosphor stripe pattern is formed and the plate glass for the front substrate are placed on a positioning jig, set on an exposure table, exposed and developed, and a phosphor screen 16 is generated.
[0023]
Subsequently, the electron-emitting devices 22 are formed on the glass plate for the rear substrate. In this case, a matrix-shaped conductive cathode layer is formed on a sheet glass, and an insulating film of a silicon dioxide film is formed on the conductive cathode layer by, for example, a thermal oxidation method, a CVD method, or a sputtering method.
[0024]
Thereafter, a metal film for forming a gate electrode such as molybdenum or niobium is formed on the insulating film by, for example, a sputtering method or an electron beam evaporation method. Next, a resist pattern having a shape corresponding to the gate electrode to be formed is formed on the metal film by lithography. Using the resist pattern as a mask, the metal film is etched by a wet etching method or a dry etching method to form a gate electrode 28.
[0025]
Next, the insulating film is etched by wet etching or dry etching using the resist pattern and the gate electrode as a mask to form the cavity 25. After removing the resist pattern, a release layer made of, for example, aluminum or nickel is formed on the gate electrode 28 by performing electron beam evaporation from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the rear substrate surface. Thereafter, for example, molybdenum as a material for forming a cathode is vapor-deposited from a direction perpendicular to the surface of the rear substrate by an electron beam vapor deposition method. Thus, the electron-emitting device 22 is formed inside each cavity 25. Subsequently, the release layer together with the metal film formed thereon is removed by a lift-off method.
[0026]
Next, the space between the peripheral edge of the rear substrate 12 on which the electron-emitting devices 22 are formed and the rectangular frame-shaped side wall 18 is sealed to each other with low-melting glass 30 in the atmosphere. After that, the rear substrate 12 and the front substrate 11 are sealed to each other via the side wall 18. In this case, as shown in FIG. 5, first, the underlayer 31 is formed to have a predetermined width over the entire circumference on the upper surface of the side wall 18 serving as the sealing surface and on the inner peripheral edge of the front substrate 11. Subsequently, indium as a metal sealing material is applied on each underlayer 31 to form an indium layer 32 extending over the entire circumference of each underlayer.
[0027]
In addition, as a metal sealing material, it is desirable to use a low melting point metal material having a melting point of about 350 ° C. or less and excellent adhesion and bonding properties. Indium (In) used in this embodiment has not only a low melting point of 156.7 ° C. but also excellent characteristics such as a low vapor pressure, a soft and strong impact, and a low brittleness even at a low temperature. Moreover, it can be directly bonded to glass depending on conditions.
[0028]
The base layer 31 is made of a material having good wettability and airtightness with respect to the metal sealing material, that is, a material having high affinity with the metal sealing material. As the base layer 31, a metal paste such as Ni, Co, Au, Cu, or Al can be used in addition to the silver paste.
[0029]
Next, the side wall 18 is sealed to the front substrate 11 having the base layer 31 and the indium layer 32 formed on the sealing surface, and the base layer 31 and the indium layer 32 are formed on the upper surface of the side wall. As shown in FIG. 6, the back side assembly is held by a jig or the like in a state where the sealing surfaces face each other and at a predetermined distance, and is put into a vacuum processing apparatus. .
[0030]
As shown in FIG. 7, the vacuum processing apparatus 100 includes a load chamber 101, a baking chamber, an electron beam cleaning chamber 102, a cooling chamber 103, a getter film deposition chamber 104, an assembling chamber 105, and a cooling chamber 106 provided in this order. , And an unloading chamber 107. Each of these chambers is configured as a processing chamber capable of performing vacuum processing, and all the chambers are evacuated during the manufacture of the FED. Adjacent processing chambers are connected by a gate valve or the like.
[0031]
The rear-side assembly and the front substrate 11 facing each other at a predetermined interval are put into the load chamber 101, and after the inside of the load chamber 101 is evacuated to a vacuum atmosphere, they are sent to the baking and electron beam cleaning chamber 102. In the baking and electron beam cleaning chamber 102, when a high degree of vacuum of about 10 −5 Pa is reached, the back assembly and the front substrate 11 are heated to a temperature of about 300 ° C. and baked, and the surface of each member is baked. Sufficiently release the adsorbed gas.
[0032]
At this temperature, the indium layer (melting point: about 156 ° C.) 32 melts. However, since the indium layer 32 is formed on the base layer 31 having a high affinity, the indium is held on the base layer 31 without flowing, and the indium is kept on the electron emission element 22 side, the outside of the back substrate 12, or the phosphor. Outflow to the screen 16 side is prevented.
[0033]
In the baking / electron beam cleaning chamber 102, simultaneously with the heating, the electron emission device (not shown) attached to the baking / electron beam cleaning chamber 102 emits electrons from the phosphor screen surface of the front substrate 11 and the back surface substrate 12. The element surface is irradiated with an electron beam. Since this electron beam is deflected and scanned by a deflecting device mounted outside the electron beam generator, it is possible to clean the entire surface of the phosphor screen surface and the electron emission element surface with the electron beam.
[0034]
After the heating and the electron beam cleaning, the rear substrate side assembly and the front substrate 11 are sent to the cooling chamber 103 and cooled to a temperature of, for example, about 100 ° C. Subsequently, the back-side assembly and the front substrate 11 are sent to a deposition chamber 104 for forming a getter film, where a Ba film is deposited as a getter film outside the phosphor screen. The surface of the Ba film is prevented from being contaminated with oxygen, carbon, or the like, and can maintain an active state.
[0035]
Next, the rear-side assembly and the front substrate 11 are sent to the assembly chamber 105, where they are heated to 200 ° C., and the indium layer 32 is again melted or softened into a liquid state. In this state, after the front substrate 11 and the side wall 18 are joined and pressurized at a predetermined pressure, indium is cooled and solidified. Thus, the front substrate 11 and the side wall 18 are sealed by the sealing layer 33 in which the indium layer 32 and the base layer 31 are fused, and the vacuum envelope 10 is formed.
[0036]
The vacuum envelope 10 thus formed is cooled to room temperature in the cooling chamber 106 and then taken out of the unloading chamber 107. Through the above steps, the FED is completed.
[0037]
According to the FED configured as described above and the method of manufacturing the same, by sealing the front substrate 11 and the rear substrate 12 in a vacuum atmosphere, the surface adsorbed gas on the substrate can be reduced by using both baking and electron beam cleaning. The gas can be sufficiently released, and the getter film is not oxidized, so that a sufficient gas adsorption effect can be obtained. Thereby, an FED that can maintain a high degree of vacuum can be obtained.
[0038]
Further, by using indium as a sealing material, it is possible to obtain an FED panel having high airtightness and sealing strength without foaming in a vacuum as in the case of sealing with frit glass. At the same time, by providing the underlayer 31 below the indium layer 32, even when indium is melted in the sealing step, inflow of indium can be prevented and the indium can be held at a predetermined position. By manufacturing the FED in this manner, a highly airtight vacuum envelope 10 can be obtained.
[0039]
On the other hand, in the FED configured as described above, as shown in the TEM image shown in FIG. 8, the sealing layer 33 has elliptical portions 50 having a size of several μ order scattered therein substantially uniformly. Structure. The particle size of the elliptical portion 50 is about 0.1 to 10 μm. 9 to 11 show EDX analysis data at analysis points b1, b3, and b4 of the TEM image shown in FIG. 8, respectively. From these figures, it can be seen that the composition of the elliptical portion 50 (analysis points b3, b4) is an InAg alloy composed of about 70% indium and about 30% silver. Also, it can be seen that the composition of the analysis point b1 is about 99.7% indium and about 0.3% silver. The silver in the sealing layer 33 is supplied by being diffused into indium from the silver paste of the base layer during vacuum heating.
[0040]
The hardness of the InAg alloy increases as the Ag content increases. Therefore, the elliptical portion 50 made of an InAg alloy containing about 30% of silver has a higher hardness than other regions of the sealing layer 33. Therefore, even when some stress acts on the sealing layer 33, it is possible to prevent the occurrence of creep between the front substrate 11 and the rear substrate 12. At the same time, the viscosity when the material of the sealing layer 33 is melted is higher than the viscosity when only indium is melted at the same temperature, so that the flow of the melted sealing material can be more reliably prevented.
[0041]
As described above, the sealing layer 33 is obtained by dispersing the second material having a higher hardness and melting point than the first metal material, that is, InAg, in the first metal material, that is, indium, which is a main component of the sealing layer. It has a structure. Here, the main component indicates a component whose weight% in the sealing material is 50% or more.
[0042]
As the second material, a material having a different composition from the first metal material or a material having the same composition but a different component ratio is used. The second material is a precipitated phase containing a metal having a higher melting point than the first metal material. As such a second material, a material containing any metal or glass powder of Sn, Bi, Ag, Cu, Fe, Ni, Cr, or Co can be used. Aluminum, zirconia oxide, titania oxide, or the like can be used.
[0043]
InAg as the second material in the above-described embodiment contains the main metal In forming the first metal material, and the content ratio of this metal is lower than that of the first metal material. InAg contains 15% or more of Ag. As described above, the sealing material forming the sealing layer 33 of the vacuum envelope 10 contains a high-hardness material to prevent the occurrence of creep, and is airtight even in a large size of 50 inches or more. It is possible to realize an FED with improved image quality and reliability and high image quality without color misregistration.
[0044]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the second material containing silver is deposited on the sealing layer by providing the base layer made of silver paste, but a sealing material in which indium contains silver in advance is used. It is good also as composition which seals. Further, the underlayer may be provided on one of the front substrate and the side wall. Further, the second material has a configuration in which the first metal material has an elliptical shape in the first metal material. However, the configuration is not limited to this, and the second material may have a circular or needle shape.
[0045]
In addition, in the above-described embodiment, a field emission type electron emitting device is used as the electron emitting device, but the present invention is not limited to this, and other electron emitting devices such as a pn type cold cathode device or a surface conduction type electron emitting device may be used. An element may be used. The present invention is also applicable to other image display devices such as a plasma display panel (PDP) and electroluminescence (EL).
[0046]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to obtain a high-quality image display device that suppresses the occurrence of creep, improves airtightness and reliability, and has no color shift.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an FED according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a state where a front substrate of the FED is removed.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view showing a phosphor screen of the FED.
FIG. 5 is a perspective view showing a state in which a base layer and an indium layer are formed on a sealing surface of a side wall and a sealing surface of a front substrate constituting the vacuum envelope of the FED.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a rear-side assembly in which a base layer and an indium layer are formed in the sealing portion and a front substrate are opposed to each other.
FIG. 7 is a view schematically showing a vacuum processing apparatus used for manufacturing the FED.
FIG. 8 is a TEM observation image of the sealing layer of the FED by an ion milling method.
FIG. 9 is a view showing EDX analysis data at an analysis point b1 of the sealing layer in FIG. 8;
FIG. 10 is a view showing EDX analysis data of an analysis point b3 near the sealing layer boundary.
FIG. 11 is a diagram showing EDX analysis data at an analysis point b4 near the sealing layer boundary.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vacuum envelope 11 ... Front substrate 12 ... Back substrate 14 ... Support member 16 ... Phosphor screen 18 ... Side wall 22 ... Electron emission element 30 ... Low melting glass 31 ... Underlayer 32 ... Indium layer 33 ... Sealing layer 50 ... elliptical shaped part 100 ... vacuum processing device

Claims (13)

背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有した外囲器を備え、
上記前面基板および上記背面基板は封着層を介して周辺部が封着され、この封着層は、主成分である第1金属材料と、第1金属材料よりもクリープ耐性の高い少なくとも1つの第2材料とが混在して形成されてことを特徴とする画像表示装置。
A back substrate, and comprising an envelope having a front substrate disposed opposite to the back substrate,
The front substrate and the rear substrate are sealed at a peripheral portion via a sealing layer, and the sealing layer includes a first metal material as a main component, and at least one of the first metal material and the at least one having higher creep resistance than the first metal material. An image display device characterized by being formed by mixing a second material.
上記第1金属材料は、第2材料と異なる組成あるいは同じ組成で異なる成分比率を有していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the first metal material has a different composition from the second material or a different component ratio with the same composition. 上記第1金属材料は、ほぼ1種類の金属で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the first metal material is made of substantially one kind of metal. 上記第1金属材料は、Inを主成分として含んでいることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the first metal material contains In as a main component. 上記第2材料は、上記第1金属材料よりも高融点の金属を含む析出相であることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the second material is a precipitated phase containing a metal having a higher melting point than the first metal material. 上記第2材料は、少なくともSn、Bi、Ag、Cu、Fe、Ni、Cr、Coのいずれか1つを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the second material includes at least one of Sn, Bi, Ag, Cu, Fe, Ni, Cr, and Co. 上記第2材料は、SiO系の無機材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニア、酸化チタンのいずれかを含み、上記第1金属材料よりも高い融点を有していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。2. The method according to claim 1, wherein the second material includes one of an SiO 2 based inorganic material, aluminum oxide, zirconia oxide, and titanium oxide, and has a higher melting point than the first metal material. 3. The image display device as described in the above. 上記封着層が溶融した時の粘性は、上記第1金属材料のみが同じ温度で溶融した時の粘性よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the viscosity when the sealing layer is melted is higher than the viscosity when only the first metal material is melted at the same temperature. 上記第2材料は、上記第1金属材料を構成する主な金属を含み、かつこの金属の含有比率が第1金属材料よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。2. The image display device according to claim 1, wherein the second material includes a main metal that forms the first metal material, and a content ratio of the metal is lower than the first metal material. 3. 上記第2材料は、Agを15%以上含有していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the second material contains 15% or more of Ag. 上記第2材料は、上記第1金属材料中で円あるいは楕円形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the second material has a circular or elliptical shape in the first metal material. 上記第2材料は、上記第1金属材料中で針状形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the second material has a needle shape in the first metal material. 上記第2材料の粒径は、0.1〜10μmであることを特徴とする請求項12に記載の画像表示装置。13. The image display device according to claim 12, wherein the particle diameter of the second material is 0.1 to 10 [mu] m.
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