JP2004030980A

JP2004030980A - 画像表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004030980A
Application number: JP2002181854A
Authority: JP
Inventors: Masataka Tsunemi; 常味　政貴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】基板上に短時間でかつ任意のパターンを安価に形成することが可能な画像表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光によって電荷を消失する感光体を帯電させ、この感光体を露光し基板を構成する任意のパターンの潜像を形成する。基板のパターンを構成する材料を含む現像剤により潜像を現像して現像剤像を形成し、この現像剤像を基板上に転写した後、転写された現像剤像を基板上に定着する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置、特に、電子放出素子を用いた平面型の画像表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子（以下、エミッタと称する）を多数並べ、蛍光面と対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進められている。エミッタにはさまざまな種類があるが、いずれも基本的には電界放出を用いており、これらの表示装置は一般に、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレイ）と呼ばれている。このうち、表面伝導型エミッタを用いた表示装置は、ＦＥＤと区別してＳＥＤ（サーフェース・コンダクション・エレクトロン・エミッション・ディスプレイ）とも呼ばれるが、本発明においてはＳＥＤも含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。
【０００３】
一般に、ＦＥＤは、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が互いに接合され真空外囲器を構成している。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。前面基板および背面基板は、それぞれ厚みが１〜３ｍｍ程度の板ガラスにより構成されている。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、これら基板の間には複数の支持部材が配設されている。
【０００４】
前面基板の内面には、ブラックマトリックス（以後、ＢＭと略記）および蛍光体を有する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エミッタが設けられている。エミッタには、マトリックス配線が接続され、映像信号により駆動されるようになっている。
【０００５】
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。
【０００６】
上記のように構成されたＦＥＤにおいて、前面基板および背面基板を構成するブラックマトリックスや蛍光体層等は、スクリーン印刷法によって形成されている。スクリーン印刷法は、ステンレス製メッシュに乳剤で開口部を形成することによりブラックマトリックスや蛍光体層に対応したパターンを有するスクリーンマスクを形成し、このスクリーンマスクの上からペーストをスキージで擦することにより、基板の表面に任意のパターンを形成する。このスクリーン印刷法は安価であり、広く採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、スクリーン印刷法は広く用いられている技術であるが、このスクリーン印刷法を用いて基板上に所望のパターンを形成する場合、以下のような問題が生じる。すなわち、スクリーン印刷法では、前面基板および背面基板を構成するパターンにそれぞれ対応した専用のマスクが必要となる。形成するパターンが異なれば、それに対応した複数種類のマスク版を作る必要があり、パターンの変更が生じた時は、新たにマスク版をつくる必要がある。
【０００８】
塗布するペーストには、流動性を持たせるために有機溶剤が含まれている。そのため、スクリーン印刷により、あるパターンを形成した後、次のパターンを形成するには、一旦有機溶剤を蒸発させ、取り除く必要があり、１００℃前後で乾燥させなければならない。そのため、１つの基板上に複数のパターンを形成する場合、それに相当する回数の乾燥工程が必要となる。また、塗布するペーストの種類の数と同じ回数だけスクリーン印刷を行なうため、時間が掛かる。
【０００９】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、基板上に短時間でかつ任意のパターンを安価に形成することが可能な画像表示装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る画像表示装置の製造方法は、画像表示面を有した前面基板と前面基板に向けて電子を放出する複数の電子放出素子を有し、上記前面基板と対向配置された背面基板と、を備えた画像表示装置の製造方法において、
光によって電荷を消失する感光体を帯電させ、帯電した上記感光体を露光し上記前面基板あるいは背面基板を構成する任意のパターンの潜像を形成し、上記前面基板あるいは背面基板のパターンを構成する材料を含む現像剤により上記潜像を現像して現像剤像を形成し、上記現像剤像を基板上に転写し、上記転写された現像剤像を上記基板上に定着することを特徴としている。
【００１１】
上記のように構成された画像表示装置の製造方法によれば、感光体上に形成された電荷のパターンに基づいて基板のパターンを形成するため、任意のパターンを自由に形成することができる。そのため、様々なパターンの専用マスクを用意する必要がなく、製造コスト削減を図ることができる。また、現像剤として、乾式の現像剤を用いることにより、乾燥工程を完全に省略でき、製造効率の向上および製造時間の短縮を図ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る画像表示装置の製造方法について詳細に説明する。
【００１３】
始めに、本製造方法により製造される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ＦＥＤを例にとって説明する。
【００１４】
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１〜２ｍｍ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１３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。
【００１５】
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、複数のスペーサ１４が設けられている。スペーサ１４としては、板状あるいは柱状のスペーサ等を用いることができる。
【００１６】
前面基板１１の内面上には、画像表示面として、図２に示すような赤、緑、青の蛍光体層１６とマトリクス状の黒色光吸収層１７とを有した蛍光体スクリーン１５が形成されている。これらの蛍光体層１６はストライプ状あるいはドット状に形成してもよい。この蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム膜等からなるメタルバック２０が形成されている。
【００１７】
背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６を励起する電子源として、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、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。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。また、背面基板１２の内面には、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。
【００１８】
このようなＦＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０に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。
【００１９】
次に、上記のように構成されたＦＥＤの製造方法について説明する。ここでは、前面基板１１を構成する基板４０に蛍光体スクリーン１５を形成する製造方法を主に説明する。
【００２０】
図４は、製造装置の基本構成を概略的に示している。この製造装置は、回転自在に設けられ光によって電荷を消失する感光体ドラム２２を備えている。感光体ドラム２２の周囲には、感光体ドラムの外周面全体を帯電する帯電器２４、帯電された感光体ドラムの外周面にレーザビームＢを照射して露光し、電荷のパターン、つまり、静電潜像を形成するレーザ露光装置２６、形成された静電潜像に現像剤を供給して感光体ドラム２２上に現像剤像を形成する現像器２８、感光体ドラムと平行にかつ基板４０に転接自在に設けられ、感光体ドラム上に形成された現像剤像を基板４０上に転写する転写ドラム３０、感光体ドラム表面をクリーニングする図示しないクリーング装置、転写後に感光体ドラム表面を除電する除電器２５等が設けられている。転写ドラム３０と対向して、転写チャージャ３１が設けられている。
【００２１】
レーザ露光装置２６には、感光体ドラム２２上に形成する静電潜像のパターン信号を出力する制御部３２が接続されている。更に、製造装置は、基板４０を所定の速度で搬送し、転写ドラム３０の下方を通過させる図示しない搬送機構、および、基板上に転写された現像剤像を定着する後述の定着装置３４を備えている。
【００２２】
上記製造装置を用いて基板４０上に蛍光体スクリーン１５を形成する基本方式について説明する。まず、基板４０に形成するパターンを制御部３２に記憶させる。次に、感光体ドラム３０を所定の速度で回転させた状態で、帯電器２４により感光体ドラムの全面を一様に帯電させる。
【００２３】
続いて、制御部３２からのパターン信号に応じてレーザ露光装置２６から感光体ドラム２２にレーザビームＢを照射する。帯電した感光体ドラム２２にレーザビームＢが当たると、その部分の電荷は消滅（中和）し、残った電荷のパターンにより静電潜像が形成される。
【００２４】
次に、感光体ドラム２２の電荷と逆の極性に帯電された現像剤を現像器２８から感光体ドラム２２上の静電潜像に供給して現像し、感光体ドラム上に現像剤像を形成する。形成された現像剤像は、感光体ドラム２２から一旦転写ドラム３０へ転写される。
【００２５】
基板４０上に形成するパターンが１パターンの場合、転写体としての転写ドラム３０を用いることなく、現像剤像を感光体ドラム２２から基板４０へ直接転写することができる。基板４０上に蛍光体スクリーン１５を形成する場合、３色の蛍光体層１６および黒色光吸収層１７の４パターンが必要となる。そのため、各パターンの現像剤像を感光体ドラム２２上に順次形成し、感光体ドラムから転写ドラム３０への転写を４回繰り返す。
【００２６】
転写を４回繰り返した後、転写ドラム３０には４色の現像剤により蛍光体スクリーンに対応したパターンが形成される。そして、このパターンを一括して転写ドラム３０から基板４０へ転写する。この際、転写チャージャ３１から電荷を印加して基板４０を現像剤と逆の極性に帯電し、電界によって現像剤を転写ドラムから基板４０へ転写する。その後、現像剤像の形成された基板４０を定着装置３４としての焼成炉へ送り、現像剤を溶融させることで基板４０に定着させる。
【００２７】
ここで、現像剤としては、フリットあるいは樹脂により被覆された蛍光体あるいはカーボンの粒子を用いている。フリットまたは樹脂の被覆手法としては、蛍光体あるいはカーボンの核粒子をガス等で流動化し、高周波加熱装置やプラズマ炎により核粒子を加熱した状態で、フリットまたは樹脂の粒子を供給する。すると粒子が加熱された核粒子に付着して溶融し、核粒子が被覆される。その後、核粒子および粒子が冷却されて固着し、乾式の現像剤が得られる。他に、液化したフリットや樹脂をスプレーで核粒子に付着させる方法を用いることもできる。
【００２８】
このような現像剤は、定着装置３４において焼成されることにより、フリットまたは樹脂が溶融し、基板４０へ定着される。
【００２９】
次に、帯電、転写、定着の各工程、および、パス方式、つまり、基板の搬送および転写の方式について詳細に説明する。
【００３０】
（帯電）
まず、感光体ドラム２２の帯電は、帯電器としてタングステンワイヤーに電圧を印可し、コロナ放電を起こすことで、感光体ドラム全面へ電荷を供給している。そして、上述した基本方式では、各色のパターン毎に、帯電、露光、現像、転写を行っている。しかし、この方式であると、４回の像形成工程が必要となり、時間がかかり、将来的に製造効率向上を図ろうとすると限界がくる。
【００３１】
そこで、感光体ドラム２２全面に電荷を供給するのではなく、形成するパターンに対応した部分のみに電荷を供給する方式（以下、部分帯電）を採用してもよい。部分帯電方式では、集束した電子ビームを用いて感光体ドラム２２のパターン形成部分のみ部分的に帯電する。また、部分帯電を行なうことで、露光工程が不要となり、工程の削減にもつながる。ただし、電子ビームを照射するにはある程度の真空度が必要であるため、装置としては大掛かりとなる。従って、画質の向上や時間の短縮を図りたい時に採用する方式となる。ビームとしては電子ビームの他にイオンビームを使用することもできる。
【００３２】
（転写）
前述した基本方式では、感光体ドラム２２から転写ドラム３０への転写と、転写ドラムから基板４０への転写とは、電界によって行なっている（電界転写）。電界転写は、感光体ドラム２２、転写ドラム３０、および基板４０をそれぞれ非接触で転写するため、各構成部材の摩耗の心配がなく、また、転写ドラムへの転写時、転写ドラムに付着している２色目以降の現像剤像の破壊を抑制することができる。
【００３３】
このような電界転写に代えて転写ドラム３０をゴム等の柔らかい素材にすることでオフセット転写を用いることもできる。オフセット転写は、基板４０と転写ドラム３０とが接触する形となるため、転写ドラム３０が硬いと基板４０への転写時、現像剤を破壊したり、基板４０あるいは転写ドラム３０を傷つける恐れがある。従って、転写ドラム３０をゴム等の柔らかい素材にすることで現像剤等の破壊を防止し、オフセット転写を実現することができる。
【００３４】
オフセット転写は、現像剤像の転写効率がほぼ１００％となり、また、被転写物を選ばず、ガラスの他、布や金属への印刷が可能となる。ただし、オフセット転写は、感光体ドラム２２、転写ドラム３０、基板４０の３者が接触する形となるため、前述した部分帯電と合わせて用いることが望ましい。また、感光体ドラムから転写ドラムへの転写を電界転写、転写ドラムから基板への転写をオフセット転写としてもよい。
【００３５】
転写方式の組み合わせと、形成されるパターン画質との関係は、以下の表１のようになる。最も画質が良いのは、いずれもオフセット転写を用いた場合となる。ただ、いずれもオフセット転写とする場合、部分帯電との組み合わせが必要となり、設備が大掛かりとなり、設備コストと画質の兼ね合いで、転写方式を決定することが望ましい。基板４０に蛍光体スクリーン１５を形成する場合は、いずれも電界転写で十分なパターン画質が得られる。
【００３６】
【表１】

【００３７】
（定着）
定着は、焼成炉通過時に現像剤の核粒子に被覆されているフリットまたは樹脂が溶融することで行われるが、次の定着方式を用いてもよい。現像剤の製造コスト削減を考慮した場合、フリットまたは樹脂の被覆工程を削減することが望ましい。そこで、蛍光体あるいはカーボンを被覆する代わりに、基板４０へ現像剤を転写した後、定着装置３４へ送る前の段階で、図５に示すように、散布装置３６によりフリットまたは樹脂の粉末３８を基板４０および現像剤像の上に散布する方法を用いることができる。そして、粉末３８が散布された基板４０を定着装置３４で焼成することにより、粉末が溶融し、現像剤像が基板４０に定着される。
【００３８】
また、フリットまたは樹脂に代え、水ガラスにより現像剤を定着することも可能である。この水ガラスは、上記フリットあるいは樹脂粉末の散布と同様に、基板４０上に転写された現像剤にスプレーを用いて散布することができる。この場合、定着にはフリットを用いた場合のような高温焼成が不要となり、水を飛ばす程度の低温で済むため、定着装置の簡略化、および大幅な製造効率向上が図れる。
【００３９】
（パス方式）
パス方式として、以下に述べる１パス方式、４パス方式、および複合方式を用いることができる。図６に示すように、１パス方式では、感光体ドラム２２、帯電器２４、除電器２５、レーザ露光装置２６、現像器２８、転写チャージャ３１をそれぞれ備えた４組のパターン形成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを設け、これらのパターン形成部により赤パターン、緑パターン、青パターン、黒パターンを別々に形成する。そして、搬送ベルト５２および搬送ローラ５３等を備えた搬送機構５４により、４組のパターン形成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを通して基板４０を搬送し、形成された各色のパターンを基板４０上に順次転写する。そして、この基板４０を定着装置に送って現像剤像の定着を行う。
【００４０】
図７に示す４パス方式は、前述し基本方式と同様に、感光体ドラム２２、帯電器２４、除電器２５、レーザ露光装置２６、現像器２８、転写チャージャ３１を備えた１組のパターン形成部５０と、感光体ドラムに対向した転写ドラム３０とを設け、各色のパターンを感光体ドラムに形成した後に転写ドラムに転写する。そして、４色のパターンが転写ドラム３０に転写された後、これらのパターンを転写ドラムから基板４０上に一括して転写する。そして、この基板４０を定着装置に送って現像剤像の定着を行う。
【００４１】
図８に示す複合方式は、単一の感光体ドラム２２の周囲に、各色毎に帯電器２４、レーザ露光装置２６、現像器２８を順番に配置し、各色のパターンを感光体ドラムに形成した後に転写ドラムに転写する。そして、４色のパターンが転写ドラム３０に転写された後、これらのパターンを転写ドラムから基板４０上に一括して転写する。そして、この基板４０を定着装置に送って現像剤像の定着を行う。
【００４２】
このような１パス方式は高速・大型機、４パス方式は低速・小型機、複合方式は高速・小型機に適し、効率、スペース、設備コストの兼ね合いで、パス方式を選定する。ただし、１パス方式では、オフセット転写が困難であるため、画質の向上は見込めない。各方式の比較を以下の表２に示す。基板４０に蛍光体スクリーンを形成する場合、４パス方式で十分な画質のパターンを形成することができる。
【００４３】
【表２】

【００４４】
上記のようにして基板４０上に蛍光体スクリーン１５を形成した後、この蛍光体スクリーンに重ねてメタルバック２０を形成することにより、前面基板が完成する。そして、この前面基板１１を別途形成された背面基板１２と側壁１３を介して貼り合わせることによりＦＥＤが製造される。
【００４５】
以上のように構成された画像表示装置の製造方法によれば、光のＯＮ／ＯＦＦで電荷のパターンを形成するため、任意のパターンを自由に形成することができる。そのため、様々なパターンの専用版を用意する必要がなく、大量生産する製品には非常に有利であり、製造コスト削減を図ることができる。また、現像剤として、乾式の現像剤を用いることにより、有機溶剤が不要となり、乾燥工程を完全に省略でき、製造効率の向上および製造時間の短縮を図ることが可能となる。現像剤として液体現像剤を用いた場合でも、転写前に感光体上で現像剤を乾燥することができ、負荷は非常に小さくなる。更に、基板へのパターニングは１パターンのみならず２パターン以上を一括して形成することができ、製造時間の大幅な短縮が可能となる。
【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では、前面基板上に蛍光体スクリーンを形成する方法を主として説明したが、上述した方法により、背面基板上に所望のパターン、例えば、配線パターンや側壁との接合部におけるインジウム下地パターンを形成してもよい。
【００４７】
また、感光体および転写体は上述したドラム状に限らず、ベルト状等の他の形状としてもよい。更に、この発明は、ＦＥＤに限らず、液晶表示装置、プラズマディスプレイパネル等の他の画像表示装置の製造にも適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、基板上に短時間でかつ任意のパターンを安価に形成することが可能な画像表示装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る製造方法により製造されるＦＥＤの一例を示す斜視図。
【図２】上記ＦＥＤの蛍光体スクリーンを示す平面図。
【図３】図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。
【図４】この発明の実施の形態に係る製造方法に用いる製造装置を概略的に示す斜視図。
【図５】この発明の実施の形態に係る製造方法に用いる製造装置の散布装置を示す斜視図。
【図６】１パス方式の製造装置の一例を概略的に示す図。
【図７】４パス方式の製造装置の一例を概略的に示す図。
【図８】複合方式の製造装置の一例を概略的に示す図。
【符号の説明】
１０…真空外囲器
１１…前面基板
１２…背面基板
１５…蛍光体スクリーン
１６…蛍光体層
１７…黒色光吸収層
２２…感光体ドラム
２４…帯電器
２６…レーザ露光装置
２８…現像器
３０…転写ローラ
３４…定着装置
３６…散布装置
４０…基板

Claims

画像表示面を有した前面基板と前面基板に向けて電子を放出する複数の電子放出素子を有し、上記前面基板と対向配置された背面基板と、を備えた画像表示装置の製造方法において、
光によって電荷を消失する感光体を帯電させ、
帯電した上記感光体を露光し上記前面基板あるいは背面基板を構成する任意のパターンの潜像を形成し、
上記前面基板あるいは背面基板のパターンを構成する材料を含む現像剤により上記潜像を現像して現像剤像を形成し、
上記現像剤像を基板上に転写し、
上記転写された現像剤像を上記基板上に定着することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
上記感光体上に形成された現像剤像を転写体に転写した後、上記転写体から上記基板上に転写することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
上記転写体上に複数のパターンの現像剤像を順次転写した後、これら複数のパターンを一括して上記基板上に転写することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置の製造方法。
上記感光体を複数組用意し、これらの感光体に複数のパターンの現像剤像を形成し、上記複数の感光体に形成された現像剤像を上記基板上に順次転写することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
上記複数のパターンの現像剤像を複数色の現像剤により形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像表示装置の製造方法。
上記現像剤として、蛍光体あるいはカーボンの粒子をフリットあるいは樹脂で被覆した現像剤を用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
上記現像剤として蛍光体あるいはカーボンの粒子を用い、上記基板上に形成された現像剤像にフリットあるいは樹脂の粒子を散布することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
上記定着において、上記現像剤像の形成された基板を焼成し、上記フリットあるいは樹脂を溶融することを特徴とする請求項６又は８に記載の画像表示装置の製造方法。
上記現像剤像を電界により上記基板上に転写することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
上記現像剤像をオフセット転写により上記基板上に転写することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
上記感光体をコロナ放電により一様に帯電することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。