JP2004014460A

JP2004014460A - 画像表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004014460A
Application number: JP2002170237A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Yamada; 山田　晃義; Hirotaka Unno; 海野　洋敬; Masahiro Yokota; 横田　昌広; Koji Nishimura; 西村　孝司
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Also published as: WO2003105181A1; EP1533827A1; KR20040106361A; CN1653578A; TW200404320A; KR100769383B1; TWI238430B

Abstract

【課題】封着部の気密性が高く信頼性の向上した画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】画像表示装置の真空外囲器１０は、対向配置された背面基板１２および前面基板１１と、を備え、この真空外囲器内には、複数の電子放出素子２２が設けられている。前面基板および上記背面基板は封着材料３２により周辺部同士が封着されている。封着材料により封着された前面基板および背面基板の少なくとも一方の封着面３２、３３は、改質処理されている。
【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およびその製造方法に関する。
【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平面型表示装置が開発されている。このような平面型表示装置には、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、この方法では、封着材料として、封着、封止一括処理に適した低融点金属材料、例えば、インジウムを使用することが望ましい。
【００１１】
一方、前面基板および背面基板への各処理工程において、封着面が若干でも汚れている状態でインジウムを充填すると、インジウムは、封着時に封着面との濡れ性が劣化してしまう。そのため、インジウムが所望の封着領域から流出し、リーク発生の原因となる恐れがある。
【００１２】
特に、ＳＥＤのような画像表示装置では高い真空度が必要であり、封着層に１箇所でもリークが生じると不良品となってしまう。そのため、封着部の気密性を上げ信頼性を高くするためには、汚染した封着面に対して、インジウムの濡れ性を向上させる必要がある。
【００１３】
一例として、封着層に金属ペースト等の下地層を設けて、インジウムとの濡れ性を確実に確保できる手法も考えられる。しかし、この場合、下地層を形成するための工程およびコストが増加してしまう。
【００１４】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、封着部の気密性が高く信頼性の向上した画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１５】
【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素表示素子と、を備え、
上記前面基板および上記背面基板は封着材料により周辺部同士が封着され、上記封着材料により封着された上記前面基板および上記背面基板の少なくとも一方の封着面は、改質処理されていることを特徴としている。
【００１６】
また、この発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法は、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素表示素子と、を備え、上記前面基板および上記背面基板は封着材料により周辺部同士が封着された画像表示装置の製造方法において、　上記前面基板および上記背面基板の少なくとも一方の封着面を改質処理し、上記改質処理された封着面に封着材料を充填した後、この封着材料により上記前面基板および上記背面基板の周辺部同士を封着することを特徴としている。
【００１７】
上記のような画像表示装置およびその製造方法によれば、封着面を改質処理することにより、封着面が活性化された清浄面となる。これにより、封着時に封着材料が溶融した場合でも、封着面に対する封着材料の濡れ性が向上し、封着部のリークを防止することができ、気密性および信頼性の向上した画像表示装置を得ることができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。画素表示素子を構成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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。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によって封着されている。また、前面基板１１と側壁１８との間は、封着面上に形成されたインジウム層３１によって封着されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、図５に示すように、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、まず、封着面３２、３３となる側壁１８の上面、および前面基板１１の内面周縁部を物理研磨処理、化学研磨処理、あるいは熱処理する。これにより、封着面３２、３３を改質して清浄面とし、インジウムに対する濡れ性を向上させておく。続いて、封着面３２、３３に金属封着材料としてのインジウムを塗布し、それぞれ全周に亘って延びた矩形枠状のインジウム層３１を形成する。
【００３０】
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、低温でも脆くならないなどの優れた特徴がある。
【００３１】
また、低融点金属材料としては、Ｉｎの単体ではなく、Ｉｎに少なくとも、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎのいずれか１つの元素を単独あるいは複合で添加した合金を用いることもできる。例えば、Ｉｎ９７％−Ａｇ３％の共晶合金では、融点が１４１℃とさらに低くなり、しかも機械的強度を高めることができる。
【００３２】
なお、上記説明では、「融点」という表現を用いているが、２種以上の金属からなる合金では、融点が単一に定まらない場合がある。一般にそのような場合には、液相線温度と固相線温度が定義される。前者は、液体の状態から温度を下げていった際、合金の一部が固体化し始める温度であり、後者は合金の全てが固体化する温度である。本実施の形態では、説明の便宜上、このような場合においても融点という表現を用いることにし、固相線温度を融点と呼ぶことにする。
【００３３】
次に、封着面３３にインジウム層３１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、つまり、封着面３２にインジウム層３１が形成された背面側組立体とを、図５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され、真空処理装置に投入される。
【００３４】
図６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。
【００３５】
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。
【００３６】
また、べーキング、電子線洗浄室１０２では、加熱と同時に、べーキング、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。
【００３７】
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はゲッタ膜の蒸着室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。
【００３８】
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３１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３１によって封着され、真空外囲器１０が形成される。
【００３９】
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。
【００４０】
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の封着を行なうことにより、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。また、封着材料としてインジウムを使用することにより、フリットガラスで問題となる真空中での発泡はなく、かつ、気密性の高いＦＥＤを得ることが可能となる。
【００４１】
一方、封着面３２、３３を無処理の状態でインジウムを充填すると、例えば、３００℃で真空加熱してインジウムが溶融した際、インジウムが弾かれてしまう。これは封着面３２、３３上の残存不純物がインジウムの濡れ性を劣化させていることにある。そのため、前述したように、化学および物理研磨剤であるＣｅＯ_２により封着面３２、３３を研磨し封着面３２、３３の不純物を除去する。これにより、封着面３２、３３が改質されて清浄面となり、インジウムの濡れ性が大幅に向上する。これにより、真空加熱中でもインジウムの弾きが無くなり、気密性の高い真空外囲器を得ることができる。
【００４２】
研磨剤は、ＣｅＯ_２に限らず、化学研磨および物理研磨効果のある材料であればよく、例えば、ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４等を用いても良い。また、化学研磨および物理研磨は、封着面３２、３３のみに限らず、前面基板１１あるいは背面基板１２の内面全体を研磨処理してもよい。
【００４３】
更に、封着面３２、３３の改質は、上述した化学および物理研磨に限らず、真空中あるいは大気中で、封着面あるいは基板全体を２００℃以上、好ましくは、３００℃以上で焼成することにより行ってもよい。
【００４４】
上記のような化学的および物理的研磨、あるいは、加熱処理により封着面を改質処理した場合と、封着面を前処理しない場合とで真空加熱中におけるインジウムの濡れ性をテストした。その結果を図７に示す。
この図から分かるように、封着面を研磨処理した場合は、いずれの研磨剤を用いた場合でも良好な濡れ性が得られた。また、加熱処理については、２００℃、より好ましくは、３００℃以上で良好な濡れ性が得られた。
【００４５】
このように、封着面を化学および物理研磨剤で研磨し、あるいは、封着面を加熱処理して改質し清浄面とすることにより、封着面に対するインジウムの濡れ性を大幅に向上することができる。そのため、封着時に所望の封着領域からインジウムが流出してしまう恐れがなく、５０インチ以上の大型のＦＥＤであっても気密性および信頼性の高い封着構造を実現することができる。
【００４６】
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、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。
【００４７】
上述した実施の形態では、前面基板１１の封着面３３および側壁１８の封着面３２の両方にインジウム層３１を形成した状態で封着する構成としたが、いずれか一方の封着面のみに、例えば、図７に示すように、前面基板１１の封着面３３のみにインジウム層３１を形成した状態で封着する構成としてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、化学および物理研磨、あるいは加熱処理により封着面を改質することで、封着材料に対する濡れ性を大幅に向上し、封着部の気密性が高く信頼性の向上した画像表示装置およびその製造方法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インジウム層を形成した状態を示す断面図。
【図６】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７】化学的および物理的研磨、あるいは、加熱処理により封着面を改質処理した場合と、封着面を前処理しない場合とで真空加熱中におけるインジウムの濡れ性を比較した結果を示す図。
【図８】この発明の他の実施の形態に係るＦＥＤの製造方法において、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インジウム層を形成した状態を示す断面図。
【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…フリットガラス
３１…インジウム層
３２、３３…封着面
１００…真空処理装置

Claims

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素表示素子と、を備え、
上記前面基板および上記背面基板は封着材料により周辺部同士が封着され、上記封着材料により封着された上記前面基板および上記背面基板の少なくとも一方の封着面は、改質処理されていることを特徴とする画像表示装置。
封着材料は、低融点金属材料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。
上記低融点金属材料は、ＩｎまたはＩｎを含む合金であることを特徴する請求項２に記載の画像表示装置。
上記Ｉｎを含む合金は、少なくとも、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎのいずれか１つを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置
上記封着面は、化学的あるいは物理的研磨剤により研磨処理された改質面であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
上記封着面は、ＣｅＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４のいずれか１つで研磨処理された改質面であることを特徴とする請求項５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
上記封着面は、２００℃以上で加熱処理された改質面であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
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素表示素子と、を備え、上記前面基板および上記背面基板は封着材料により周辺部同士が封着された画像表示装置の製造方法において、
上記前面基板および上記背面基板の少なくとも一方の封着面を改質処理し、
上記改質処理された封着面に封着材料を充填した後、この封着材料により上記前面基板および上記背面基板の周辺部同士を封着することを特徴とする平面型像表示装置の製造方法。
ＣｅＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４のいずれか１つの研磨剤により上記封着面を研磨して改質処理することを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置の製造方法。
上記封着面を２００℃以上での加熱して改質処理することを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置の製造方法。