JP2004013067A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封着部の耐湿性が向上し、気密性および信頼性の高い画像表示装置を提供することにある。
【解決手段】背面基板１２、およびこの背面基板に対向配置された前面基板１１を有した外囲器１０と、外囲器の内側に設けられた複数の画素表示素子２２と、を備えている。前面基板および背面基板は封着層３３を介して周辺部が封着され、この封着層は、低融点材料およびアンチモンを含んでいる。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対向配置された基板と、一方の基板の内側に配置された多数の電子放出素子と、を有し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）、電界放出型電子放出素子の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。前面基板および背面基板としてはガラス板が用いられている。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、１０年以上もの長い間、高い真空度を保持する必要がある。そのため、封着部の信頼性は高いものでなければならない。しかし、封着材料として低融点材料であるインジウムまたはインジウム錫などの合金を使用した場合、封着部に水分が付着すると、低融点材料と基板、つまり、ガラス板との界面に水分が浸透し、内部空洞が発生することがある。このことから、低融点材料で封着した外囲器は、湿度の高い場所に放置したり、あるいは、外囲器の外面に結露が生じるような環境に配置すると、封着部が徐々に侵食され真空リークが発生する恐れがある。そして、真空リークが発生した場合、画像特性が大幅に劣化し、更には、画像表示装置として耐え得ないものになってしまう。
【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、封着部の侵食を防止し、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と、上記外囲器の内側に設けられた複数の画像表示素子と、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、低融点材料およびアンチモンを含んでいる。
【００１４】
上記のように構成された画像表示装置によれば、封着層として低融点材料およびアンチモンを含んだ封着材料を用いることにより、封着層の耐湿性が向上し、封着層の侵食による気密性低下を防止して信頼性の向上を図ることが可能となる。
【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板からなる前面基板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。画素表示素子として機能す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。下地層３１としては、例えば銀ペーストを用いる。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。そして、封着材料は、インジウムを５０重量％以上含んでいるとともに、加えてアンチモン（Ｓｂ）を含有している。なお、封着材料としては、インジウムにＡｇ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ等の材料を含有したものを用いてもよい。
【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、また、必ずしもペーストにする必要はない。なお、条件によっては下地層を省略し、インジウムをガラス基板上に直接接合することも可能である。
【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、封着材料であるインジウムにはアンチモンが０．１〜３．０重量％含有されている。そして、封着材料にアンチモンを含有することにより、封着層３３の耐湿性を向上させることができる。
【００４０】
本発明者等は封着層の耐湿特性試験を行った。ここでは、封着層の耐湿特性を加速的に試験するため、ＦＥＤの真空外囲器を１日浸水させて封着層の腐食状態を調べた。その試験結果を図８に示す。図に示すように、封着材料にアンチモンが含有されていない場合（０ｗｔ％）、基板と封着層との界面部分が侵食されたのに対し、アンチモンを１．０重量％含有している場合は侵食が見られなかった。なお、封着材料にアンチモンを０．１重量％含有した場合でも封着層界面部分の侵食が低減し、封着層の耐湿性向上効果が得られた。
【００４１】
このように封着材料にアンチモンを含有させることにより、封着層の耐湿性が向上し、長期間に渡り、封着部の真空気密性を保持し、信頼性向上を図ることができる。しかし、アンチモンを３．０重量％より多く含有すると、封着層の硬度が高くなり、基板への応力が発生したり、あるいはインジウム合金自体が脆くなってしまい望ましくない。そのため、封着層におけるアンチモンの含有量は、０．１ないし３．０重量％の範囲に設定されていることが望ましい。また、アンチモンは、インジウムに含有させたが、下地層に含有させても同様の効果が得られる。なお、本発明において、アンチモンの含有量（重量％）は、封着層全体に対する割合を示している。
【００４２】
以上のことから、封着部の耐湿性が向上し、長期に渡って真空リークの無い気密性の高い真空外囲器を得ることができ、５０インチ以上の大型であっても、信頼性が高く高品質な画像表示が可能なＦＥＤを実現することができる。
【００４３】
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、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。また、上述した実施の形態では、背面基板と側壁との封着に低融点ガラスを用いたが、上述した封着層３３と同様の封着層により封着してもよい。
【００４４】
その他、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、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。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、封着部の耐湿性が向上し、気密性および信頼性の高い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の封着部の耐湿特性試験結果を示す図。
【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
１００…真空処理装置

Claims (4)

1. 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と、上記外囲器の内側に設けられた複数の画像表示素子と、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、低融点材料およびアンチモンを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
2. 上記低融点材料は、インジウムを５０重量％以上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。
3. 上記封着層は、０．１ないし３．０重量％のアンチモンを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 上記封着層は、少なくともＡｇ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、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ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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