CN1608278A - 图像显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

图像显示装置的真空外壳(10)具有对向配置的背面基板(12)和前面基板(11)，在该真空外壳内设置多个电子发射元件(22)。前面基板和背面基板的周边部分通过封接层(33)封接，在前面基板和背面基板的至少一方与封接层的界面的上述板侧，形成含有封接层成分的扩散层。

Description

图像显示装置及其制造方法
发明领域
本发明涉及具备装有对向配置的2块基板的外壳、与设置于该外壳的内侧的多个图像显示元件的图像显示装置及其制造方法。
技术背景
近年来，一直在开发各种平面型显示装置作为取代阴极射线管(以下称作CRT)的下一代轻量、薄型的显示装置。这样的平面型显示装置中，有：利用液晶的取向来控制光的强弱的液晶显示器(以下称作LCD)、利用等离子体放电的紫外线使荧光体发光的等离子体显示板(以下称作PDP)、利用场致发射型电子发射元件的电子束使荧光体发光的场致发射显示器(以下称作FED)，利用表面传导型电子发射元件的电子束使荧光体发光的表面传导电子发射显示器(以下称作SED)等。
例如，FED和SED一般具有设置规定的间隙、对向配置的前面基板和背面基板，这些基板通过矩形框的侧壁将周边部之间互相接合来构成真空的外壳。前面基板的内表面上形成荧光屏，背面基板的内表面上设置多个电子发射元件作为激励荧光体使之发光的电子发射源。
而且，为了支承加到背面基板和前面基板上的大气压负荷，在这些基板间配置多个支持构件。背面基板侧的电位大致为地电位，荧光面上加上阳极电压。然后，通过将电子发射元件发射的电子束照射构成荧光屏的红、绿、蓝的荧光体，使之发光，从而显示图像。
这样的FED和SED中可将显示装置的厚度减薄到几mm左右，与作为现在的电视机或计算机的显示器使用的CRT相比，能达到轻量化、薄型化。
上述的FED和SED必须使外壳的内部为高真空。又，在PDP中，一旦使外壳真空后还必须充填放电气体。
作为使外壳形成真空的方法，有一种方法是先利用适当的封接材料在大气中加热外壳的构成部分即前面基板、背面基板、以及侧壁进行接合，然后通过设置于前面基板或背面基板上的排气管对外壳内进行排气后，真空密封排气管。但是，在通过排气管对平面型外壳进行真空排气时，由于排气速度极慢，且能达到的真空度差，故存在批量性及特性方面的问题。
作为解决该问题的方法，例如在特开2000-229825号公报中揭示了在真空槽内进行构成外壳的前面基板和背面基板的最后组装的方法。
这种方法，先将置入真空槽内的前面基板和背面基板事先充分加热。这是为了减轻成为外壳真空度变差的主要原因的来自外壳内壁的气体放出。接着，在前面基板和背面基板冷却并充分提高真空槽内的真空度时，在荧光屏上形成使外壳真空度改善、维持用的吸气剂膜。然后再次加热前面基板和背面基板达到封接材料熔解的温度，在将前面基板和背面基板在规定的位置组合的状态下冷却，直到封接材料固化为止。
用这种方法制造的真空外壳，除了兼有封接工序与真空密封工序以外，可不需要因排气所需的大量时间，而且能得到极好的真空度。另外这种方法，作为封接材料最好使用适宜于封接、密封一起处理的低熔点金属材料。但是低熔点金属材料由于熔融时的粘性低，担心在封接时会从要求的封接区域流出。
特别在SED那样的平面型图像显示装置中，必须是高真空度，封接层中即使有1处发生漏气，也成为次品。因此，为了实现在大尺寸的图像显示装置制造或批量生产中的高成品率，必须提高封接部的气密性和可靠性。
发明内容
本发明鉴于以上各点而提出的，其目的在于提供封接部的气密性高、可靠性提高的图像显示装置及其制造方法。
为解决上述课题，本发明形态有关的图像显示装置，具备：装有背面基板和与该背面基板对向配置的前面基板并通过封接层封接所述前面基板和所述背面基板的周边部的外壳、和设置于所述外壳内侧的多个像素显示元件，所述前面基板和背面基板至少一方具有形成于与所述封接层的界面上、含有所述封接层的成分的扩散层。
又，本发明的另一形态有关的图像显示装置的制造方法，是具备装有背面基板和与该背面基板对向配置的前面基板的外壳、与设置于所述外壳的内侧的多个像素显示元件的图像显示装置的制造方法，其特征在于，是沿所述背面基板与所述前面基板之间的封接面形成衬底层，以规定的温度烧结所述衬底层，使所述衬底层的成分扩散到所述封接面侧，形成扩散层，重叠于所述烧结的衬底层上形成金属封接材料层，在真空氛围中加热所述背面基板和所述前面基板，使所述金属封接材料层和衬底层熔融，封接所述背面基板与所述前面基板。
根据上述构成的图像显示装置及其制造方法，则封接层所含的一部分材料扩散到与封接层相接的前面基板和背面基板的至少一方的界面附近区域，形成扩散层。利用该扩散层，大幅度地提高封接层与基板的密封性，得到气密性高的封接构造。
附图说明
图1示出本发明的实施形态有关的FED的立体图。
图2示出除去上述FED的前面基板后的状态的立体图。
图3为沿图1的线III-III的剖面图。
图4示出上述FED的荧光屏的平面图。
图5A示出在构成FED的真空外壳的侧壁封接面的封接面上形成衬底层和铟层的状态的立体图。
图5B示出在构成FED的真空外壳的前面基板的封接面上形成衬底层和铟层的状态的立体图。
图6示出对向配置在上述封接部形成衬底层和铟层的背面侧组装体与前面基板的状态的剖面图。
图7示出上述FED制造中所用的真空处理装置的简图。
图8示出上述FED封接层界面附近的由离子磨削法产生的TEM观察图像的图。
图9示出图8中的封接层界面附近的分析点P1的EDX分析数据的图。
图10示出上述封接层界面附近的分析点P2的EDX分析数据的图。
图11示出上述封接层界面附近的分析点P4的EDX分析数据的图。
图12示出上述封接层界面附近的分析点P5的EDX分析数据的图。
图13示出衬底层烧结温度与形成的扩散层厚度的关系图。
图14示出本发明另一实施形态的FED剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明将本发明有关的图像显示装置用于FED的实施形态。
如图1至图3所示，该FED具备由各自矩形玻璃板构成的前面基板11和背面基板12，作为绝缘基板。基板11、12隔开约1.5~3.0mm的间隔对向配置。前面基板11和背面基板12的周边部通过矩形框侧壁18互相接合，构成内部维持真空状态的扁平矩形的真空外壳10。
真空外壳10的内部设有支承加到背面基板12和前面基板11的大气压负荷的多个板形支持构件14。这些支持构件14沿与真空外壳10的短边平行的方向延伸，并沿与长边平行的方向隔开规定的间隔配置。此外，支持构件14不限定于板形，也可用柱形的支持构件。
如图4所示，在前面基板11的内表面上形成荧光屏16。荧光屏16由并排配置的发出红、绿、蓝3色光的条形荧光层R、G、B和位于它们之间的作为非发光部的条形黑色吸收层20所构成。荧光层R、G、B沿与真空外壳10的短边平行的方向延伸，并沿与长边平行的方向隔开规定间隔配置。此外，在荧光屏16上蒸镀未图示的铝层作为金属基底。
如图3所示，在背面基板12的内表面上，设置发射各电子束的多个电场发射型的电子发射元件22，作为激励荧光层R、G、B的电子发射源。这些电子发射元件22对应每个像素，配置成多列和多行。
详细地说，在背面基板12的内表面上，形成导电性阴极层24，在层24上形成有多个空腔25的二氧化硅膜26。在膜26上形成由钼、铌等构成的栅极28。然后，在背面基板12的内表面上的各空腔25内设置由钼等构成的锥形电子发射元件22。此外，在背面基板12上形成与电子发射元件22连接的未图示的矩阵形的布线等。
在如上构成的FED中，视频信号输入到电子发射元件22与栅极28。以电子发射元件22为基准时，在最大亮度状态时加上+100V的栅极电压。而荧光屏16上施加+10kV。从电子发射元件22发射的电子束由栅极28的电压所调制，通过该电子束激励荧光屏16的荧光层，使之发光来显示图像。
由于在荧光屏16上施加高电压，故对前面基板11、背面基板12、侧壁18、以及支持构件14用的板玻璃，使用高应变点玻璃。如后所述，背面基板12与侧壁18之间，用焊料玻璃等低熔点玻璃30封接，在前面基板11与侧壁18之间，用形成于封接面上的衬底层31与形成于衬底层上的铟层32熔合而成的封接层33封接。
以下，详细说明如上构成的FED的制造方法。
首先，在前面基板11的板玻璃上形成荧光屏16。这是准备与前面基板11相同大小的板玻璃，用绘图机在该板玻璃上形成荧光层的条形图案。将已形成荧光体条形图案的板玻璃与前面基板用板玻璃置于定位夹具上。定位夹具置于曝光台上，经曝光、显影，在前面基板用板玻璃上生成荧光屏16。
接着，在背面基板用的板玻璃上形成电子发射元件22。这时，在板玻璃上形成矩阵形状的导电性阴极层，在其上用例如热氧化法、CVD法或溅射法形成二氧化硅膜的绝缘层。
其后，在该绝缘膜上用例如溅射法或电子束蒸镀法形成钼或铌等的栅极形成用的金属膜。接着，在该金属膜上用光刻法形成与应形成的栅极对应的形状的抗蚀剂图案。以此图案作为掩膜，用湿刻法或干刻法来刻蚀金属膜，形成栅极28。
其次，以抗蚀剂图案和栅极作为掩膜，用湿刻法或干刻法来刻蚀绝缘膜，形成空腔25。除去抗蚀剂图案后，通过相对于背面基板从规定的倾斜角度的方向进行电子束蒸镀，从而在栅极28上形成例如由铝或镍构成的剥离层。之后，从相对于背面基板表面的垂直方向，用电子束蒸镀法例如蒸镀钼，作为阴极形成用材料。这样一来，在各空腔25的内部形成电子发射元件22。接着，用剥离法一起除去剥离层与形成于其上的金属膜
其后，在大气中利用低熔点玻璃30对形成电子发射元件22的背面基板12的周边部与矩形框的侧壁18之间互相进行封接。
接着，通过侧壁18互相封接背面基板12与前面基板11。这时，如图5A和图5B所示，先在作为封接面的侧壁18的上表面和前面基板11的内表面周边部上，分别沿整个周边以规定宽度形成衬底层31。
本实施形态中，衬底层31使有银膏。形成方法是用丝网印刷法将银膏涂布到所需的地方。涂布后的银膏经自然干燥后，再在150℃下干燥20分钟。其后，将温度提升至约580℃，烧结银膏形成衬底层31。这样，通过约在400℃以上的温度下烧结银膏形成衬底层31，衬底层的Ag成分扩散到基板的表层，形成扩散层。
接着，在各衬底层31之上涂布作为金属封接材料的铟，分别在衬底层的整个周边形成延伸的铟层32。
作为金属封接材料，最好使用熔点约350℃以下且密封性、接合性优良的低熔点金属材料。本实施形态中所用的铟(In)不仅熔点低到156.7℃，而且有蒸气压低、柔软且抗冲击性好、即使低温也不发脆的优良特点。而且，根据某种条件铟可直接接合于玻璃上。
此外，作为低熔点金属材料，不仅可以用In的单体，而且也可用在铟中单独或复合添加氧化银、银、金、铜、铝、锌、锡等元素。例如，In97％-Ag3％的共晶合金中，熔点更降低为141℃，而且能提高机械强度。
以上说明中使用所谓“熔点”来表述，但在由2种以上的金属构成的合金中，有时熔点不是单一决定的。对于这种合金，一般定义为液相线温度与固相线温度。前者是在从液体状态下降温度时合金的一部分开始固体化的温度，后者是合金全部固体化的温度。本实施形态为说明方便起见，对这种合金也用所谓熔点来表述，将固相线温度称作熔点。
另一方面，所述的衬底层31用相对于金属封接材料其浸润性和气密性良好的材料，即对于金属封接材料其亲合性高的材料。除了Ag以外，可用Ni、Co、Au、Cu、Al等金属。
接着，将在封接面上形成衬底层31和铟层32的前面基板11、与在背面基板12上封接侧壁18的并在该侧壁上表面形成衬底层31和铟层32的背面侧组装体，按图6所示那样，在封接面之间对准的状态下，且隔开规定距离对置的状态下，用夹具加以保持，置入真空处理装置。
如图7所示，真空处理装置100具有依次并排设置的装入室101、烘烤及电子束洗净室102、冷却室103、吸气剂膜蒸镀室104、组装室105、冷却室106、以及卸载室107。各室作为可真空处理的处理室而构成，在FED制造时全部室被真空排气。相邻的处理室之间间利用闸门阀连接。
隔开规定间隔并对置的背面侧组装体和前面基板11放入装入室101，使装入室101内为真空氛围后，送到烘烤及电子束洗净室102。烘烤及电子束洗净室102达到10-5Pa程度的高真空度时，将背面侧组装体和前面基板11加热到300℃左右的温度，进行烘烤，使各构件的表面吸附气体充分排出。
在该温度下，铟层(熔点约156℃)32溶化。然而，由于铟层形成于亲合性高的衬底层31上，故铟不流动而保持在衬底层31上，防止向电子发射元件22侧和背面基板12的外侧或者荧光屏16侧的流出。
在烘烤及电子束洗净室102中，与加热同时，由安装于电子束洗净室102中的未图示的电子束发生装置对前面基板11的荧光屏面、和背面基板12的电子发射元件面照射电子束。该电子束由装于电子束发生装置外部的偏转装置进行偏转扫描。因此可将荧光屏面、和电子发射元件面的整个面进行电子束洗净。
加热及电子束洗净后，背面基板侧组装体和前面基板11被送到冷却室103，例如冷却到100℃的温度为止。接着，背面侧组装体和前面基板11被送到蒸镀室104，这里，在荧光屏的外表面上蒸镀形成Ba膜，作为吸气剂膜。Ba膜能防止表面被氧或碳等污染，维持活性状态。
然后，将背面侧组装体和前面基板11送到组装室105，在此加热至200℃，使铟层32再次熔化成液体或软化。在该状态下，将前面基板11与侧壁18接合，并施加规定的压力后，铟慢慢冷却并固化。这样一来，前面基板11与侧壁18利用融合铟层32和衬底层31的封接层进行封接，形成真空外壳10。
这样形成的真空外壳10，在冷却室106冷却到常温后，从卸载室107取出。通过以上的工序，完成FED。
根据上述构成的FED及其制造方法，通过在真空氛围中进行前面基板11和背面基板12的封接，能够一并使用烘烤和电子束洗净，使基板表面的吸附气体充分放出。从而，吸气剂膜不被氧化，而能得到充分的气体吸收效果。这样，能得到可维持高真空度的FED。
而且，通过使用铟作为封接材料，不像用焊料玻璃封接那样在真空中封接层会发泡，能得到气密性和封接强度高的FED板。通过在铟层32之下设置衬底层31，即使封接工艺中铟熔化时，也能防止铟的流出，使它保持在规定位置上。
又，在衬底层31形成时，通过以规定温度烧结衬底层材料，可使衬底层成分的Ag扩散到基板表层，改善基板与封接层的接合性。这样，可得到气密性高的真空容器。由下面说明之。
图8至图12示出由封接层与前面基板11的界面利用离子磨削法产生的TEM观察图像及各分析点P1、P2、P4、P5的用EDX得到的元素分析数据。从这些图中可知，在封接层与前面基板11的界面上形成扩散了银的扩散层40。也即在前面基板11侧的扩散层40存在衬底层31的成分即Ag。这时，扩散层40中的Ag的含有量在3％以下。而扩散层40的厚度为0.01~50μm。
如图13所示，衬底层31的烧结温度越高，前面基板11的表层和侧壁18的表层中形成的扩散层40的厚度则越厚。而且加长烧结时间，也能增厚扩散层。反之，衬底层31的烧结温度低时，扩散层40的厚度就变薄。因此要求烧结温度至少在400℃以上。又，由于扩散温度随元素而异，故要求形成扩散层的烧结温度根据衬底层所用的材料分别设定。
如上所述，根据上述构成的FED及其制造方法，则封接层所含的一部分材料通过热处理被扩散到与封接层相接的前面基板和侧壁，同样，玻璃构件所含的一部分材料也向封接层扩散。这样一来，在封接层与前面基板间的前面基板侧界面、及封层与侧壁间的侧壁侧界面，分别形成封接材料扩散的扩散层40。利用该扩散层40，大幅度地提高封接层与前面基板、及封接层与侧壁18的密封性，得到气密性高的密封构造。因此，能制成高真空度的外壳，可得到高可靠性、高性能的FED。
又，上述的实施形态中，说明了在前面基板11的封接面与侧壁18的封接面的双方都形成衬底层13和铟层32的状态下进行封接的构成，但也可以铟层只形成在一方的封接面上，例如如图14所示，只在前面基板11的封接面形成衬底层31和铟层32，而在侧壁18的封接面上只形成衬底层31，采用在这样的状态下进行封接的结构。
此外，本发明不限于上述的实施形态，在本发明的范围内可作各种变形。例如，也可以利用与上述实施形态相同的融合衬底层31和铟层32的封接层对背面基板与侧壁之间进行封接。又，也可以将前面基板或背面基板的一方的周边部弯折地形成，将这些基板不通过侧壁而直接地接合来构成。此外，铟层为沿整个周边形成宽度小于衬底层宽度的构成，但只要在衬底层的至少一部分中形成得比衬底层的宽度更小，就可防止铟的流动。
又，上述的实施形态中，作为电子发射元件用了电场发射型电子发射元件，但不限于此，也可以用pn型的冷阴极元件或表面传导型电子发射元件等其他电子发射元件。又，本发明也可适用于等离子体显示板(PDP)、电致发光(EL)等其他图像显示装置。
如上所述，根据本发明的形态，通过在封接部的界面附近形成封接材料扩散的扩散层，可提供封接部的气密性高且可靠性提高的图像显示装置及其制造方法。

Claims (14)

1、一种图像显示装置，其特征在于，包括
有背面基板和与该背面基板对向配置的前面基板并通过封接层封接所述前面基板和所述背面基板的周边部的外壳、以及
设置于所述外壳内侧的多个像素显示元件，
所述前面基板和背面基板至少一方具有形成于与所述封接层的界面上、含有所述封接层的成分的扩散层。
2、如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述封接层含有Ag。
3、如权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，
所述扩散层具有3％以下的Ag含有量。
4、如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述封接层主要含铟或含铟的合金。
5、如权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，
所述含铟的合金，含Sn、Ag、Ni、Al、Ga中的一种。
6、如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述扩散层具有0.01~50μm的厚度。
7、如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述封接层由衬底层、和设于该衬底层上并与所述衬底层不同的金属封接材料层融合而成的层形成。
8、如权利要求7所述的图像显示装置，其特征在于，
所述衬底层含Ag、Ni、Co、Au、Cu、Al中的一种。
9、一种图像显示装置，其特征在于，包括
有背面基板和与该背面基板对向配置的前面基板并通过封接层封接所述前面基板和所述背面基板的周边部的外壳、
形成于所述前面基板的内表面上的荧光屏、以及
设于所述背面基板上并对所述荧光屏发射电子束而使荧光屏发光的电子发射源，
所述前面基板和背面基板至少一方具有形成于与所述封接层的界面上的、含有所述封接层的成分的扩散层。
10、一种图像显示装置的制造方法，是包括有背面基板和与该背面基板对向配置的前面基板的外壳、以及设置于所述外壳的内侧的多个像素显示元件的图像显示装置的制造方法，其特征在于，
沿所述背面基板与所述前面基板之间的封接面形成衬底层，
以规定的温度烧结所述衬底层，使所述衬底层的成分扩散到所述封接面侧，形成扩散层，
重叠于所述烧结的衬底层上形成金属封接材料层，
在真空氛围中加热所述背面基板和所述前面基板，使所述金属封接材料层和衬底层熔融，封接所述背面基板与所述前面基板。
11、如权利要求10所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，
利用含有Ag、Ni、Co、Au、Cu、Al中任一种的金属膏形成所述衬底层。
12、如权利要求10所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，
用400℃以上的温度烧结所述衬底层。
13、如权利要求10所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，
利用熔点在350℃以下的低熔点金属材料形成所述金属封接材料层。
14、如权利要求10至13中任一项所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，
所述低熔点金属材料是铟或含铟的合金。
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