JP2009176565A - 表示装置の製造方法、及び、基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理対象基板を静電的に固定する機構を設けることなく耐圧処理できる構成を提供する。
【解決手段】電源５２ａ，５２ｂをそれぞれ処理電極３４と電圧規定用電極６４とに電気的に接続し、各々所定の電位に規定する。処理電極３４には負の高電圧を印加する。また、電圧規定用電極６４には正の高電圧を印加し、前面基板１１は電気的に接続せず、浮遊電位（フローティング電位）とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、表示装置の製造方法、及び、該表示装置の製造に用いられる基板処理装置に関する。

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平面型の画像表示装置が注目されている。例えば、放電現象による蛍光体の発光を利用したプラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）や、主として電界による電子放出を利用したフィールド・エミッション・ディスプレイ（ＦＥＤ）、ＳＥＤと称される表面伝導型電子放出装置が知られている。

ＳＥＤは、所定の間隔をおいて対向配置された前面基板および背面基板を備え、これらの基板は矩形状の側壁を介して周辺部を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。前面基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起する電子源として、各画素に対応する多数の電子放出素子が配列されている。真空容器の内部は、真空度が１０^-4Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。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、これらの基板の間には複数の支持部材が配設されている。

ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、蛍光体層にアノード電圧が印加され、電子放出素子から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体層へ衝突させることにより、蛍光体が発光して画像を表示する。実用的な表示特性を得るためには、通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、アノード電圧を数ｋＶ以上望ましくは５ｋＶ以上に設定することが必要となる。

上記のように、アノード電圧として高電圧を印加した場合、前面基板と背面基板との小さい隙間に強電界が形成されることを避けられず、両基板間の放電（絶縁破壊）が問題となる。放電が起こると、瞬間的に１００Ａ以上もの電流が流れることがあり、電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊あるいは劣化が起こりうる。このような放電のダメージは致命的な製品不良につながるため、ＳＥＤを実用化するためには、長期に渡り放電が起こらないような対策を施す必要がある。尚、放電を起こすことなく印加できる電圧を耐圧と称することにする。

放電を抑制する方法としては、前面基板および背面基板上に残留する異物を除去して耐圧を向上させる処理方法（以下、耐圧処理と略す）が知られている。例えば、特許文献１には、基板の耐圧処理方法として、真空雰囲気中で基板と処理電極とを対向配置し、これら基板と処理電極との間に電界を印加して基板を電界処理する方法が開示されている。この方法によれば、基板に残留した異物、突起等を処理電極に吸着して除去し、放電発生の要因を取り除くことができる。この基板を用いて画像表示装置を構成することにより、耐圧特性の向上を図ることが可能となる。
特開２００６−１９１０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている耐圧処理方法では、対向配置された基板と処理電極との間に電界を印加して基板を電界処理する際、基板と処理電極とがクーロン力により互いに吸着することの無いよう固定する必要がある。このとき、処理電極は金属等の導電物および碍子等の絶縁物により固定できるが、基板については基板処理装置に連続して投入・排出されるため、機械的な力ではなく静電的な力等により固定させる必要がある。ところが、静電的に固定された基板を耐圧処理後にその固定を解除するとき、固定解除に要する時間が長く、パネルの生産効率が上がらないといった問題があった。

本発明は以上の問題点を解決する基板処理装置、及び、表示装置の製造方法を提供することを目的とする。その目的の一例は、処理対象基板を静電的に固定する機構を設けることなく耐圧処理できる構成とすることで固定の解除に要する時間を不要とし、耐圧処理時間を短縮することにある。

本発明は、画像表示部材を有する第一基板と、該画像表示部材に向けて電子を放出する電子放出素子を有する第二基板とを有する表示装置の製造方法であって、第一基板または第二基板を挟んで処理電極と電圧規定用電極とを対向配置し、第一基板または第二基板の電位を浮遊電位とした状態で、該処理電極と電圧規定用電極との間に電圧を印加する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、処理対象基板を固定する機構を設けることなく耐圧処理が可能で、固定の解除に要する時間が不要となるので、耐圧処理時間を短縮化した基板処理方法（表示装置の製造方法）を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る基板処理装置について詳細に説明する。始めに、基板処理装置により処理される基板を備えた画像表示装置として、表面伝導型の電子放出素子を備えたＳＥＤを例にとって説明する。

図１および図２に示すように、ＳＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１１（第一基板）および背面基板１２（第二基板）を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて対向配置されている。前面基板１１および背面基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１３を介して周縁部同士が接合され、内部が１０^-5Ｐａ程度の高真空に維持された偏平な真空外囲器１０を構成している。

接合部材として機能する側壁１３は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２３により、前面基板１１の周縁部および背面基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。

真空外囲器１０の内部には、前面基板１１および背面基板１２に加わる大気圧荷重を支えるため、例えば、ガラスからなる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の長辺と平行な方向に延在しているとともに、短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。尚、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。

前面基板１１の内面には蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１５が形成されている。この蛍光体スクリーン１５は、赤、緑、青に発光する蛍光体層１６、および遮光層１７を並べて構成され、これらの蛍光体層１６はストライプ状、ドット状あるいは矩形状に形成されている。蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム等からなるメタルバック２０およびゲッター膜２２が順に形成されている。

背面基板１２の内面には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６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表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８は複数列および複数行に配列され、対応する蛍光体層とともに画素を形成している。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。背面基板１２の内面上には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、画像表示部材である、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０に例えば、８ｋＶのアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーンへ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起されて発光し、カラー画像を表示する。

次に、上記のように構成されたＳＥＤの製造工程において、前面基板１１および背面基板１２を耐圧処理する基板処理装置および基板処理方法について説明する。図３に示すように、基板処理装置は、真空処理槽として機能する真空チャンバ３０を備え、この真空チャンバ３０には、内部を真空排気する排気ポンプ３２が接続されている。

真空チャンバ３０内には、基板を耐圧処理する処理電極３４や、ゲッター成膜装置３５が設けられている。さらに当該チャンバ内には、処理対象基板となる前面基板１１を、処理電極３４と対向する耐圧処理位置（図３に示される基板１１の位置）と、ゲッター成膜装置３５と対向するゲッター蒸着位置４０との間で搬送する基板搬送機構４２が設けられている。

図３ないし図６に示すように、処理電極３４は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、ニッケル等の金属により細長い矩形板状に形成されている。処理電極３４の長辺側の両側縁、つまり、エッジ３４ａは、ガラス等の誘電体からなる誘電体３６および高抵抗膜３７によって覆われている。誘電体３６の内、処理電極３４のエッジ３４ａを覆った角部３６ａは、丸められ円弧状に形成されている（図６）。処理電極３４は、耐圧処理位置に搬送された前面基板１１の上でゲッタ膜２２の範囲に相当する処理領域の短辺よりも長い長辺と、前面基板１１の長辺よりも短い短辺と、を有している（図４）。処理電極３４は、水平に配置されているとともに、その長辺が前面基板１１の短辺と平行に位置するように配置されている（図４、図５）。また、処理電極３４は、その長辺方向両端部が前面基板１１の上でゲッタ膜２２の範囲に相当する処理領域の短辺を越えて両側へ突出するように配置されている（図４、図５）。

真空チャンバ３０内には、誘電体３６を支持しているとともに、耐圧処理位置に搬送された前面基板１１に対して処理電極３４を相対的に移動させる移動機構３８（図３、図４）が設けられている。移動機構３８は、耐圧処理位置に搬送された前面基板１１の長辺と平行な方向Ｘに沿って延在した一対のガイド部４８を有している。誘電体３６は、その長辺方向両端部がそれぞれガイド部４８に沿って移動自在に支持されている。また、処理電極３４は、誘電体３６を間に挟んで、前面基板１１と隙間をおいてほぼ平行に対向している。

移動機構３８は、ガイド部４８に沿って誘電体３６を往復移動させる駆動部５０を備えている。駆動部５０を作動させることにより、誘電体３６に設置されている処理電極３４は、耐圧処理位置に搬送された前面基板１１に対して、前面基板１１の長辺と平行な方向Ｘ（図４）に沿って相対移動される。

本例の基板処理装置は、電圧印加部として機能する電源５２ａ，５２ｂを備えている。この電源５２ａ，５２ｂは、処理電極３４と電圧規定用電極６４との間に電界を印加する。電界の印加方法は、これに限らず、処理対象基板と処理電極間に電界を印加できれば他の方法としてもよい。尚、図３および図４では、基板搬送機構４２によって、電圧規定用電極６４は隠れているため不図示である。

図３に示すように、ゲッター成膜装置３５は、ゲッター蒸着位置４０に向かって開放したカバー５４と、カバー５４内の底部に設けられたゲッター材５６と、ゲッター材５６を加熱する加熱機構５８とを備えている。加熱機構５８としては、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式を用いることができる。

次に、上記基板処理装置により基板を耐圧処理する方法について説明する。ここでは、処理対象基板として、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０が形成された前面基板１１を処理する場合について説明する。

図３に示すように、まず、排気ポンプ３２により真空チャンバ３０内を所望の真空度まで真空排気する。続いて、真空チャンバ３０内に前面基板１１を搬入し、搬送機構４２によって耐圧処理位置に設置する。前面基板１１は、その長辺方向が処理電極３４の移動方向Ｘと一致した状態で配置される。処理電極３４は、前面基板１１の長辺方向一端部、例えば、左端部の表面と対向する初期位置に移動させておく（図３の状態）。耐圧処理位置において、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面が処理電極３４と接触している誘電体３６と所望の隙間、例えば、２ｍｍの隙間を置いて対向配置される。

次に、電源５２ａ，５２ｂをそれぞれ処理電極３４と電圧規定用電極６４とに電気的に接続し、各々所定の電位に規定する。処理電極３４には負の高電圧を印加する。また、図６の下半分に示したように電圧規定用電極６４には正の高電圧を印加し、前面基板１１は電気的に接続せず、浮遊電位（フローティング電位）とする。

このような構成とすることにより、前面基板１１は処理電極３４の電位と電圧規定用電極６４の電位との間で本配置により決まる電位となる。その結果、前面基板１１と処理電極３４との間に働くクーロン力と、前面基板１１と電圧規定用電極６４との間に働くクーロン力とが釣り合い、前面基板１１を静電的に固定しなくても前面基板１１が処理電極３４の方向へ吸着されることはない。尚、処理電極３４と電圧規定用電極６４の間に印加する印加電圧は、例えば表示装置の駆動時におけるアノード電圧８ｋＶの２倍の１６ｋＶとする。これは、表示装置を実際に駆動する際にアノードに印加される電圧と同等の電圧を予め経験させることで、実際の駆動の際の印加電圧下で、安定した動作を実現するためである。よって、この観点に基づけば、印加電圧は１６ｋＶに限る必要はなく、より安全をみて、表示装置駆動時におけるアノード電圧の２倍以上の電圧を印加すれば尚良い。尚、メタルバック２０がＳＥＤの動作時と同様、処理電極３４に対し正の電位差が生じるようにするのが好適であるが、負の電位差が生じるようにしてもよい。このようにして、前面基板１１と処理電極３４との間に電位差を印加して電界を発生させ、処理電極３４と対向している前面基板１１の表面領域を耐圧処理する。すなわち、前面基板１１上に残留した異物をクーロン力によって処理電極３４と接触している誘電体３６に吸着させて除去することで、放電発生の要因を取り除くことができる。尚、放電発生要因を除去という表現を便宜上使うが、除去されたものがすべて放電発生要因というわけではなく、厳密には、放電源になる可能性のある放電源候補を除去するという意味である。

図６は図４におけるＢ−Ｂ線に沿った処理電極の断面図であるが、この図に示すように、処理電極３４の両エッジ３４ａと外側電極３９とを結ぶように誘電体３６上に高抵抗膜３７を備えている。高抵抗膜３７は、例えば、ＡＴＯ、金属酸化膜、金属窒化膜等によって形成され、その抵抗値は、１０⁷Ω以上となっている。処理電極３４には前述のように負の高電圧を印加し、外側電極３９には低電圧を印加または接地する。このような構成とすることにより、処理電極ユニットを固定するための処理電極ユニット押さえ治具４９（図５参照）を低電圧印加部または接地電位とすることができ、固定が容易となる。このとき、処理電極３４に負電圧を供給する電路も必要であるが、固定には関与しない。また、処理電極３４と外側電極３９とをつなぐ高抵抗膜３７は、処理電極３４のエッジ３４ａと外側電極３９の内側エッジとの間で発生する放電を抑える働きを有する。高抵抗膜３７が存在しない場合、処理電極３４のエッジ３４ａで電界放出により発生した電子が誘電体３６の面上を負に帯電させ、帯電領域が外側電極３９へ向かって広がり、外側電極の内側で絶縁破壊し放電が発生する。高抵抗膜３７が存在すると、電界放出で電子が発生しても高抵抗膜に吸収されるため、負へ帯電することなく放電発生を抑えることができる。

図５は図４におけるＣ−Ｃ線に沿った処理電極の断面図であるが、この図に示すように、処理電極ユニットは処理電極押さえ治具４９によって処理電極固定ベース５１に固定されている。外側電極３９は、処理電極固定ベース５１と面接触しており、所定の電圧に給電される。

電界を発生させた後、移動機構３８の駆動部５０を駆動し、処理電極３４を前面基板１１のメタルバック２０と所定の隙間を置いて対向した状態で、前面基板の長辺方向に沿ってその左端部から右端部に向かって一定の速度で移動させる。このように、前面基板１１および処理電極３４を相対的に移動させ、前面基板１１の表面を耐圧処理しながら、処理電極３４によって前面基板表面全体を走査する。

その後、処理電極３４が前面基板１１の表面右端を越え、前面基板外まで移動した時点で、処理電極を停止するとともにメタルバック２０への電圧印加を停止する。これにより、前面基板１１の表面全域を耐圧処理し、メタルバック２０上に残留していた異物等を除去することができる。

耐圧処理が終了した後、基板搬送機構４２により前面基板１１を耐圧処理位置からゲッター蒸着位置４０へ移動させる。尚、本実施形態では、処理電極３４を前面基板１１の表面の左端から右端へ片道だけ走査する構成とした。しかし、上記と同様の方法により、処理電極３４を往復移動させ、前面基板１１の左端を越え前面基板外まで移動させた後に停止する構成にすることも可能である。この場合、耐圧処理が完了した前面基板１１は、処理電極３４の下を通過することなくゲッター蒸着位置４０に移動することが可能となる。

ゲッター蒸着位置４０において、前面基板１１はそのメタルバック２０側の表面が上を向いた状態でゲッター成膜装置３５のカバー５４の下部開口と対向する。この状態で、カバー５４の底部に設けられたゲッター材５６を加熱機構５８により加熱して蒸発させ、ゲッターフラッシュを行う。これにより、前面基板１１のメタルバック２０上にゲッターを蒸着しゲッター膜２２を形成する。

ゲッター膜２２の成膜後、基板搬送機構４２により前面基板１１をゲッター蒸着位置４０から再び耐圧処理位置に搬送する。そして、ゲッター膜２２の形成された前面基板１１を上記と同様の工程により耐圧処理する。これにより、ゲッター蒸着工程で前面基板１１に付着した異物や新たに形成された放電源を除去する。

一方、電子放出素子１８等が形成された背面基板１２の電子放出面についても上記と同様の工程により耐圧処理を実施する。ただし、背面基板１２に対してゲッター蒸着は行わないので、背面基板１２の耐圧処理は１回だけ行えばよい。

その後、耐圧処理された前面基板１１および背面基板１２を大気に晒すことなく真空雰囲気中に維持した状態で図示しない封着位置へ搬送し、ここで互いに封着して真空外囲器１０を形成する。尚、基板の封着は、上述した耐圧処理と同一の真空チャンバ内、あるいは、真空状態で連通した他の真空チャンバ内のいずれで行ってもよい。

上記のように構成された表示装置用の基板処理電極構造によれば、真空チャンバ３０へ投入される前に前面基板１１や背面基板１２に付着した粉塵などの異物、並びに前面基板１１や背面基板１２の生産過程で形成された不要な突起などを除去することができる。また、これらの基板１１，１２を真空チャンバ３０へ投入した後、ゲッター蒸着工程で発生した新たな放電源浮遊物質等の基板に付着した塵、埃等の異物を除去することができる。また、処理電極ユニットは、処理対象基板よりも小さな寸法に形成されているため、処理電極ユニットの支持および基板１１，１２に対する位置決めが容易であり、高い精度で耐圧処理を実施することができる。処理電極ユニットの小型化、軽量化に伴い駆動系の簡素化も図ることが可能となる。

この際、処理電極ユニットは、そのエッジ部分が丸められ円弧状に形成されている（図６）。そのため、小型の処理電極を用いた場合でも、処理電極のエッジ部分での電界集中を抑制することができ、処理電極と処理対象基板との間の放電発生を防止することができる。したがって、処理電極と基板との間に一層高い電界を印加させた状態で基板を耐圧処理することが可能となり、基板上の異物、突起等を一層確実に除去することができる。更に、処理電極の表面には誘電体層が設けられていることから、処理電極と基板との間の放電を一層確実に防止することが可能となる。

このように耐圧処理された基板を用いて真空外囲器を製造することにより、耐圧特性の向上したＳＥＤを得ることができる。また、前面基板、背面基板の耐圧処理、およびゲッター蒸着処理を真空チャンバ内で行った後、これらの基板を大気に晒すことなく真空外囲器を形成する。このことにより、大気中の粉塵などが基板に再付着する虞がなく、初期放電および長期に渡る放電の抑制を実現することができる。

上述した実施形態において、ゲッター膜２２を形成した後にのみ、前面基板１１を処理電極３４と対向する耐圧処理位置に搬送し、前面基板１１の耐圧処理を行う構成としてもよい。この場合においても、最終的に真空外囲器内に露出して背面基板１２と対向するゲッター膜２２を耐圧処理することにより、放電源を除去することができる。その結果、ＳＥＤの耐圧特性を充分に向上させることが可能となる。あるいは、ゲッター膜の蒸着前にのみ耐圧処理を行う構成としてもよく、この場合でも耐圧特性の向上を図ることができる。また、高抵抗膜３７を設けることにより、誘電体層への帯電を防止し、放電抑制を図ることができる。

その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

上述した実施の形態では、前面基板１１および背面基板１２の両方を真空雰囲気中で耐圧処理する構成としたが、少なくとも一方の基板を電界処理することによっても耐圧の向上した画像表示装置を得ることができる。真空雰囲気中の方が高い電圧を印加できる点や封着と一貫して処理ができる点で好適ではあるが、真空雰囲気中であることが必ずしも必要なわけではなく、大気中で耐圧処理を行うことでもある程度の効果が期待できることを確認している。

この発明は、電子源として表面伝導型電子放出素子を用いたものに限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等の他の電子源を用いた画像表示装置の基板処理にも適用可能である。

本発明の実施形態に係る基板処理電極構造により処理される基板を備えたＳＥＤを示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿った上記ＳＥＤの断面図。 本実施形態の基板処理装置を概略的に示す断面図。 本実施形態の基板処理装置の処理電極および移動機構を示す平面図。 図４のＣ−Ｃ線に沿った上記処理電極の断面図。 図４のＢ−Ｂ線に沿った上記処理電極の断面図。

符号の説明

１１ 前面基板
１２ 背面基板
３４ 処理電極
６４ 電位規定用電極

Claims (6)

1. 画像表示部材を有する第一基板と、該画像表示部材に向けて電子を放出する電子放出素子を有する第二基板とを有する表示装置の製造方法であって、
   前記第一基板または第二基板を挟んで処理電極と電圧規定用電極とを対向配置し、前記第一基板または前記第二基板の電位を浮遊電位とした状態で、前記処理電極と前記電圧規定用電極との間に電圧を印加する工程を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
2. 前記処理電極は表面に誘電体層を有し、該誘電体層を介して前記処理電極と前記画像表示部材または前記電子放出素子とが対向配置していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置の製造方法。
3. 前記処理電極と前記電圧規定用電極との間に印加される電圧は、表示装置を駆動する際に前記画像表示部材に印加される電圧の２倍以上の電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置の製造方法。
4. 画像表示部材を有する第一基板と、該画像表示部材に向けて電子を放出する電子放出素子を有する第二基板とを有する表示装置の製造に用いられる基板処理装置であって、
   前記第一基板または第二基板の位置を挟んで対向配置される処理電極と電圧規定用電極を備え、前記第一基板または前記第二基板の電位を浮遊電位とした状態で、前記処理電極と前記電圧規定用電極との間に電圧を印加することを特徴とする基板処理装置。
5. 前記処理電極は表面に誘電体層を有し、該誘電体層を介して前記処理電極と前記画像表示部材または前記電子放出素子とが対向配置していることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記処理電極と前記電圧規定用電極との間に印加される電圧は、表示装置を駆動する際に前記画像表示部材に印加される電圧の２倍以上の電圧であることを特徴とする請求項４または５に記載の基板処理装置。

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