CN1653578A - 图像显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

图像显示装置的真空外壳(10)包括相对地配置的背面基片(12)和前面基片(11)。在真空外壳内设置着多个电子发射元件(22)。前面基片和上述背面基片利用封接材料(32)来封接各周边部。前面基片和背面基片中的至少一基片具有进行改性处理、同时利用封接材料封接的封接面(32、33)。

Description

图像显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及包括相对地配置的基片和配置在一基片上的多个电子发射元件的图像显示装置以及其制造方法。

背景技术

最近，开发了取代显像管(以下称为CRT)作为下一代轻量、薄型的显示装置的各种各样的平面型图像显示装置。在这样的图像显示装置中，有利用液晶取向来控制光的强弱的液晶显示器(以下称为LCD)、利用等离子放电的紫外线使荧光体发光的等离子显示屏(以下称为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(以下称为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(以下称为SED)等各种各样的显示装置。

例如，FED或SED一般具有保持规定的间距相对地配置的前面基片和背面基片。这些基片经长方形框状的侧壁互相接合各周边部，从而构成真空外壳。在前面基片的内表面形成荧光屏，在背面基片的内表面设置有作为激发荧光体使其发光的电子发射源的多个电子发射元件。

为了支撑施加在前面基片和背面基片上的大气压负载，在这些基片之间配置有多个支撑构件。背面基片侧的电位大致为接地电位，对荧光面外加阳极电压Va。然后，通过将电子发射元件发射的电子束照射在构成荧光屏的红、绿、蓝的荧光体上，使荧光体发光，来显示图像。

如此的FED或SED能够使显示装置的厚度薄到数mm左右，与用于现在的电视机或计算机的显示器的CRT相比较，能够达到轻量化、薄型化。

在上述的FED或SED中，必须将外壳的内部抽成高真空。另外，在PDP中也必须先将外壳内抽成真空，然后充入放电气体。

作为外壳抽真空的方法如下。具体为：首先，将外壳的构成构件即前面基片、背面基片、侧壁用适当的封接材料在大气中加热进行接合，接着，在通过设置在前面基片或背面基片的排气管对外壳内部进行排气之后，真空封闭排气管。但是，通过排气管进行排气的方法应用到平面型外壳时，排气速度极低，能够达到的真空度也很低。因此，在产量和特性面上存在问题。

作为解决该问题的方法，例如特开2000-229825号公报披露了以下方法，即在真空室内进行构成外壳的前面基片和背面基片的最后组装。

在该方法中，首先，将放入真空室内的前面基片和背面基片充分加热。这是为了减少成为外壳真空度恶化的主要因素的从外壳内壁放出的气体。接着，在前面基片和背面基片已冷却、真空室内达到足够的真空度时，在荧光面屏幕上形成用于改善、维持外壳真空度的吸气膜。接着，将前面基片和背面基片再加热到使充填在前面基片和背面基片中的至少一基片上的封接材料熔化的温度。在该状态下，将前面基片和背面基片组合在规定的位置，利用封接材料将封接部进行封接。然后，冷却前面基片和背面基片，直到封接材料固化为止。

该方法兼有封接工序和真空封闭工序，不必花费排气所需的大量时间，并能得到高真空度的外壳。而且，在该方法中，作为封接材料最好使用适用于封接、封闭一并处理的低熔点金属材料，例如铟。

另外，在前面基片和背面基片的各处理工序中，如果在封接面只要有一点点污垢的状态下将铟充填到该封接面上，则铟相对于封接面的浸润性下降。因此，封接时，铟从所希望的封接区域中流向其它的区域，成为产生泄漏的原因。

特别是，在如SED的图像显示装置中必须有高的真空度，只要在封接层上有一处发生泄漏就成为次品。为了增强封接部的密闭性，提高可靠性，必须提高铟相对于污染的封接面的浸润性。

以下例可作为解决上述问题的方法，即在封接面设置由金属糊浆等形成的衬底层，以提高铟对于封接面的浸润性。但是，在该情况下，为了形成衬底层，必须增加制造工序，从而提高了制造成本。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供增强了封接部的密闭性、具有高可靠性的图像显示装置以及其制造方法。

为了达到上述目的，与本发明的实施例相关的图像显示装置，包括具有背面基片和与该背面基片相对地配置的前面基片的外壳、以及设置在所述外壳内侧的多个像素显示元件，上述前面基片和上述背面基片利用封接材料封接各周边部，利用上述封接材料封接的上述前面基片和上述背面基片中的至少一基片的封接面是经过改性处理的。

而且，与本发明的其它实施例相关的图像显示装置的制造方法，所述图像显示装置包括具有背面基片和与该背面基片相对地配置的前面基片的外壳、以及设置在所述外壳内侧的多个图像显示元件，所述前面基片和所述背面基片利用封接材料封接各周边部，所述制造方法中，对所述前面基片和所述背面基片中的至少一基片的封接面进行改性处理，在改性处理后的封接面上充填封接材料之后，利用该封接材料封接所述前面基片和所述背面基片的各周边部。

根据上述的图像显示装置以及其制造方法，封接面通过改性处理使其成为活性化了的清洁面。由此，提高了封接材料对于封接面的浸润性，封接时，即使在封接材料熔化了的情况下，也能够防止封接材料从封接面流出。因此，能够防止封接部的泄漏，得到提高了密闭性和可靠性的图像显示装置。

附图说明

图1是表示与本发明的实施方式相关的FED的立体图。

图2是表示除去上述FED的前面基片的状态的立体图。

图3是沿着图1的线III-III的剖面图。

图4是表示上述FED的荧光屏的平面图。

图5是表示在构成上述FED的真空外壳的侧壁的封接面和前面基片的封接面上形成铟层的状态的剖面图。

图6是概略表示用于上述FED制造中的真空处理装置。

图7是表示在通过化学和物理研磨或加热处理对封接面进行改性处理的情况下、与不对封接面进行改性处理的情况下比较真空加热中的铟的浸润性的结果。

图8是表示在与本发明的其它实施方式相关的FED的制造方法中、在构成真空外壳的侧壁的封接面和前面基片的封接面上形成铟层的状态的剖面图。

具体实施方式

以下参照附图来详细说明将本发明的图像显示装置应用到FED中的实施方式。

如图1至图3所示，该FED包括作为绝缘基片分别由长方形状的玻璃构成的前面基片11和背面基片12，这些基片保持大约1.5～3.0mm的间距相对地配置。前面基片11和背面基片12通过长方形框状的侧壁18接合各周边部，构成内部维持真空状态的扁平长方形状的真空外壳10。

在真空外壳10的内部设置支撑施加在背面基片12和前面基片11上的大气压负载的多个板状的支撑构件14。这些支撑构件14沿着与真空外壳10的短边平行的方向延伸，同时沿着与其长边平行的方向保持规定的间隔配置。支撑构件14不只限于板状，也可以使用柱状的支撑构件。

如图4所示，在前面基片11的内表面上形成荧光屏16。将发出红、蓝、绿的三色光的线状荧光层R、G、B和位于这些荧光层之间作为非发光部的线状光吸收层20排列起来，构成该荧光屏16。荧光层R、G、B沿着与真空外壳10的短边平行的方向延伸，同时沿着与其长边平行的方向保持规定的间隔配置。在荧光屏16上蒸镀未图示的作为金属背层的铝层。

如图3所示，在背面基片12的内表面上设置着作为激发荧光层R、G、B的电子发射源的多个电子发射元件22。这些电子发射元件22分别构成作为发射电子束的，场致发射型电子发射元件。构成像素显示元件的这些电子发射元件22对应各像素排列成多列和多行。

详细地说就是，在背面基片12的内表面上形成导电性阴极层24，在该导电性阴极层上形成具有多个空腔25的二氧化硅膜26。在二氧化硅膜26上形成由钼、铌等构成的栅电极28。在背面基片12的内表面上的各空腔25内设置由钼等构成的圆锥体状的电子发射元件22。另外，在背面基片12上成矩阵状设置向电子发射元件22供给电位的多条布线。

在具有上述结构的FED中，图像信号输入到以单纯矩阵方式形成的电子发射元件22和栅电极28，在以电子发射元件22为基准的情况下，辉度最高的状态时，外加+100V的栅电压。对荧光屏16外加+10kV的电压。通过栅电极28的电压调制电子发射元件22发射的电子束，该电子束激发荧光屏16的荧光层使其发光。由此来显示图像。

为了这样对荧光屏16外加高电压，前面基片11、背面基片12、侧壁18、支撑构件14由具有高应变点的玻璃形成。如后所述，在背面基片12与侧壁18之间利用焊料玻璃等低熔点玻璃30封接。前面基片11与侧壁18之间由含有作为低熔点封接材料的铟的铟层31封接。铟层31呈带状，以长方形框状沿着侧壁18延伸。

接着来详细说明具有上述结构的FED的制造方法。

首先，在成为前面基片11的板玻璃上形成荧光屏16。这可通过以下步骤来完成。预先准备与前面基片11相同大小的板玻璃，在该板玻璃上用绘图机形成荧光层的条形图。将形成荧光体条形图的板玻璃和前面基片用的板玻璃放在定位夹具上并固定在曝光台上。在该状态下，通过曝光、显影，在成为前面基片11的玻璃板上形成荧光屏。接着，与荧光屏16重叠地形成金属背层。

接着，在背面基片用的板玻璃上形成电子发射元件22。在该情况下，在板玻璃上形成矩阵状的导电性阴极层，在该导电性阴极层上，采用例如热氧化法、CVD法或溅射法来形成二氧化硅的绝缘膜。

接着，在该绝缘膜上，采用例如溅射法或电子束蒸镀法来形成钼或铌等的栅电极形成用的金属膜。接着，在该金属膜上利用平版印刷法来形成应形成的栅电极所对应的形状的抗蚀剂图形。将该抗蚀剂图形作为掩膜，通过湿法刻蚀或干法刻蚀法刻蚀对金属膜进行刻蚀，来形成栅电极28。

接着，将抗蚀剂图形和栅电极作为掩膜，通过湿法刻蚀或干法刻蚀对绝缘膜进行刻蚀来形成空腔25。接着，在除去抗蚀剂图形之后，通过从相对于背面基片表面倾斜规定角度的方向进行电子束蒸镀，在栅电极28上形成由例如铝或镍构成的剥离层。接着，从垂直背面基片表面的方向采用电子束蒸镀法蒸镀作为阴极形成用材料、例如钼。由此，在各空腔25的内部形成电子发射元件22。然后，采用剥离法去除剥离层和其上形成的金属膜。

接着，如图5所示，在大气中利用低熔点玻璃30互相封接形成了电子发射元件22的背面基片12的周边部和长方形框状的侧壁18。

接着，通过侧壁18互相封接背面基片12和前面基片11。在该情况下，首先，对成为封接面32、33的侧壁18的上表面和前面基片11的内表面周边部进行物理研磨处理、化学研磨处理、或热处理。由此，将封接面32、33改性，使其成为清洁面，以提高对于铟的浸润性。接着，在封接面32、33上涂抹铟，形成分别绵延全周的长方形框状的铟层31。

还有，作为封接材料，希望使用熔点约为350℃以下具有良好的密封性、接合性的低熔点金属材料。本实施方式使用的铟(In)，不仅熔点低，仅为156.7℃，而且还具有蒸气压低、即使在低温也不变脆等优点。

另外，作为低熔点金属材料，不仅可使用铟的单体，也可使用至少将银、镍、钴、金、铜、锡、铋、锌中的任何一种元素以单独或复合的形式添加到铟中而得到的合金。例如，In97％-Ag3％的共晶合金，熔点更低，仅为141℃，而且能增强其机械强度。

在上述说明中，使用了[熔点]这一表达方式，在由两种以上的金属构成的合金中，有的情况熔点不固定在一点上。一般在这样的情况下，定义液相线温度和固相线温度。前者为从液体的状态开始温度下降时，合金的一部分开始固化时的温度，而后者是合金全部固化时的温度。在本实施方式中，为了便于说明，在这样的情况下也用熔点这一表达方式，并决定称固相线温度为熔点。

接着，将在封接面33上形成铟层31的前面基片11、和在背面基片12上封接了侧壁18同时在该侧壁上面即封接面32上形成铟层31的背面侧组装体，如图5所示，以封接面彼此之间面对面的状态，并且，利用夹具等保持以规定的间隔相对着的状态，放入真空处理装置中。

如图6所示，真空处理装置100依次设有装料室101、烘烤及电子束清洗室102、冷却室103、吸气膜蒸镀室104、组装室105、冷却室106，以及卸料室107。各室构成作为能够真空处理的处理室，在制造FED时全室经过真空排气。由闸阀连接各相邻的处理室。

将保持规定的间隔相对着的背面侧组装体和前面基片11放入装料室101，在装料室101内形成真空气氛之后，送入烘烤及电子束清洗室102。在烘烤及电子束清洗室102中，当达到10^-5Pa左右的高真空度时，将背面侧组装体和前面基片11加热到300℃左右的温度进行烘烤，充分释放各构件的表面吸附气体。

而且，在烘烤及电子束清洗室102中进行加热的同时，用未图示的电子束发生装置产生的电子束照射前面基片11的荧光屏表面和背面基片12的电子发射元件表面。该电子束由装在电子束发生装置外部的偏转装置进行偏转扫描。由此，用电子束清洗全部荧光屏表面和电子发射元件表面。

加热及电子束清洗之后，将背面侧组装体和前面基片11送到冷却室103中，冷却到例如大约100℃。接着，将背面侧组装体和前面基片11送到蒸镀室104中，这里在荧光屏的外表面蒸镀形成作为吸气膜的钡(Ba)膜。钡膜能够防止其表面由于氧气或碳等造成的污染，维持活性状态。

接着，将背面侧组装体和前面基片11送到组装室105中，在这里将其加热到200℃。由此，铟层31再次熔化成液体或软化。在该状态下，前面基片11与侧壁18接合并对其施加规定的压力之后，慢慢冷却铟使其固化。由此，利用铟层31封接前面基片11和侧壁18，形成真空外壳10。

这样形成的真空外壳10在冷却室106冷却到常温之后，从卸料室107中取出。之后，经过各种各样的后工序，完成FED。

根据具有如此结构的FED以及其制造方法，通过在真空气氛中封接前面基片11和背面基片12，而且，兼有烘烤和电子束清洗，就能够充分释放侧壁表面吸附气体。同时，使吸气膜不氧化，能够维持充分的气体吸附效果。因此，能够得到可维持高真空度的FED。另外通过使用作为封接材料的铟，不会产生用焊料玻璃成为问题的在真空中的发泡现象，能够得到密闭性高的FED。

如果在未处理状态的封接面32、33上形成铟层，在真空中加热到例如300℃使铟熔化，则铟不沾在封接面上。这是由于封接面32、33上的残留杂质使铟的浸润性变差而造成的。因此，如上所述，用化学和物理研磨剂、即CeO₂研磨封接面32、33，除去封接面32、33的杂质。由此，封接面32、33改性，形成清洁面，大大提高了铟的浸润性。因此，即使在真空加热中铟也不会不沾在表面，能够防止封接部产生泄漏。其结果，能够得到密闭性高的真空外壳。

研磨剂不只限于CeO₂，只要具有化学研磨和物理研磨效果的材料都可以，可以使用例如二氧化锰(MnO₂)、三氧化二锰(Mn₂O₃)、四氧化三猛(Mn₃O₄)等。化学研磨和物理研磨不只限于封接面32、33，也可以研磨处理整个前面基片11或背面基片12的内表面。

进一步，也可以不只限于化学研磨和物理研磨，可以在真空中或大气中，通过将封接面或整个基片在200℃以上、最好为300℃以上进行加热处理，将封接面32、33改性。

通过上述的化学研磨和物理研磨、或加热处理对封接面进行改性处理之后的情况，与对封接面不进行改性处理的情况相比较，测试了真空加热中的铟的浸润性，其结果示于图7。在图7中，×、△、○分别表示：×：浸润性发生恶化；△：比没有改性处理的浸润性恶化要少，但有可能产生泄漏；○：浸润性好。

从该图可知，在研磨处理封接面的情况下，不管用怎么样的研磨剂都能得到良好的浸润性。而且，关于加热处理，既可以在真空中也可以在大气中进行加热处理，在200℃以上、最好为300℃以上都能得到良好的浸润性。

就这样，通过用化学和物理研磨剂研磨封接面，或对封接面进行加热处理使其改性成清洁面，就能够大大提高铟相对于封接面的浸润性。因此，封接时不用担心从所希望的封接区域流出铟，即使50英时以上的大型FED，也能够实现密闭性和可靠性高的封接结构。

本发明不只限于上述实施方式，只要在本发明的范围内可作各种各样的变形。例如，电子发射元件可不只限于场致发射型电子发射元件，也可以使用pn型冷阴极元件或表面传导型电子发射元件等其它电子发射元件。而且，本发明也可应用于等离子显示屏(PDP)、电致发光(EL)等其它图像显示装置。

在上述的实施方式中，虽然只叙述了在前面基片11的封接面33和侧壁18的封接面32这两面形成铟层31状态的封接结构，但也可只在任何一个封接面，例如如图8所示，只在前面基片11的封接面33形成铟层31的状态，封接前面基片11和侧壁18而构成。而且，也可以用铟等金属封接材料封接背面基片12的周边部和侧壁18。在该情况下，只要将背面基片12的内表面周边部作为封接面，用与上述实施方式相同的方法对该封接面进行改性处理之后，进行封接即可。

工业上的实用性

如上所述，根据本发明，通过由化学和物理研磨处理、或加热处理对封接面进行改性，就大大提高了相对于封接材料的浸润性，能够得到增强了封接部的密闭性、具有高可靠性的图像显示装置以及其制造方法。

Claims (12)

1.一种图像显示装置，其特征在于，包括

具有背面基片和与该背面基片相对地配置的前面基片的外壳、以及设置在所述外壳内侧的多个像素显示元件，

所述前面基片和所述背面基片利用封接材料封接各周边部，所述前面基片和所述背面基片中的至少一基片具有进行改性处理、同时利用所述封接材料封接的封接面。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述封接材料是低熔点金属材料。

3.如权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述低熔点金属材料是铟(In)或含有铟的合金。

4.如权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述含有铟的合金至少含有银(Ag)、镍(Ni)、钴(Co)、金(Au)、铜(Cu)、锡(Sn)、铋(Bi)、锌(Zn)中的任何一种。

5.如权利要求1至4中的任何一项所述的图像显示装置，其特征在于，

所述封接面是利用化学或物理的研磨剂进行研磨处理而得到的改性面。

6.如权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于，

所述封接面是用二氧化铈(CeO₂)、二氧化锰(MnO₂)、三氧化二锰(Mn₂O₃)、四氧化三猛(Mn₃O₄)中的任何一种进行研磨处理而得到的改性面。

7.如权利要求1至4中的任何一项所述的图像显示装置，其特征在于，

所述封接面是经过200℃以上的加热处理而得到的改性面。

8.一种图像显示装置的制造方法，所述图像显示装置包括具有背面基片和与该背面基片相对地配置的前面基片的外壳、以及设置在所述外壳内侧的多个图像显示元件，所述前面基片和所述背面基片利用封接材料封接各周边部，其特征在于，

对所述前面基片和所述背面基片中的至少一基片的封接面进行改性处理，

在改性处理后的封接面上充填封接材料之后，利用该封接材料封接所述前面基片和所述背面基片的各周边部。

9.如权利要求8所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，

利用二氧化铈(CeO₂)、二氧化锰(MnO₂)、三氧化二锰(Mn₂O₃)、四氧化三猛(Mn₃O₄)中的任何一种研磨剂研磨所述封接面，进行改性处理。

10.如权利要求8所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，

将所述封接面加热到200℃以上，进行改性处理。

11.如权利要求8-10中的任何一项所述的图像显示装置的制造方法，其特征在于，

所述封接材料是低熔点金属材料。

12.如权利要求11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有铟的合金。

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