JP2005063860A - 画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スペーサの高い機械精度を要求することなしに、画像表示装置の変形を防ぎ、信頼性の高い画像表示装置をローコストで提供する
【解決手段】 板状スペーサの長手方向の中心位置における高さを測定し、その高さの測定値の大きいものから順に配置する。板状スペーサの高さを長手方向の中心位置ではなく、多点で測定し、その平均値を用いても良い。板状スペーサを平均値の大きい順に配置し、さらに、この状態に対して定められる所定の条件を満足するように配列順序を調整するようにしても良い。柱状のスペーサを、前面板と背面板との間隔が、所定方向に単調に変化するように配置しても良い。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一対の基板を対向して配置した画像表示装置の製造方法に関する。

従来から、対向配置された一対の基板間に配置される複数の板状スペーサまたは柱状スペーサを備える画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。図１は板状スペーサを配置した場合の画像表示装置の断面図である。

図１において、１は複数の電子放出素子（不図示）を搭載した背面板、２は蛍光体（不図示）を搭載し背面板１に対向配置されている前面板、３は背面板１と前面板２の周囲を接続する外枠、４は背面板１と前面板２の間に配置された板状スペーサである。

これらの部材により、真空容器を形成し、例えば、特許文献３に開示されているような駆動方法及び駆動回路を用いて、マトリクス状に配置された電子放出素子より電子ビームを蛍光体に照射することで画像が表示される。

特開平０７−３０２５６０号公報 特開２０００−２６０３５３号公報 特開２００３−１７３１５９

従来の画像表示装置の製造方法においては、個々のスペーサの高さを均一にするとともに、スペーサ間においても高さのばらつきを抑え込むことによって、真空容器として変形の少ない画像表示装置を実現していた。しかしながら、このように機械的精度が保たれたスペーサを安定的に製造することは量産技術として難しく、また所定の規格を満たさないスペーサが多数発生し、結果として画像表示装置のコストが高くなるおそれがあった。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、スペーサの高い機械精度を要求することなしに、画像表示装置の変形を防ぎ、信頼性の高い画像表示装置をローコストで提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の電子放出素子を配置した背面板と、該背面板と対向して配置されると共に前記電子放出素子から放出される電子線の照射により画像が形成される画像形成部材を配置した前面板と、前記背面板と前記前面板の間にあって前記背面板および前記前面板の周縁を支持する枠と、前記前面板と前記背面板の間に配置される複数のスペーサとを有し、これらを互いに接合して気密構造にする画像表示装置の製造方法において、前記複数のスペーサの高さを、各スペーサについて測定する測定工程と、前記測定工程において得られた測定値に基づいて、前記前面板と前記背面板の間に前記スペーサを配置する配置工程とを有する画像表示装置の製造方法である。

前記スペーサは板状スペーサであり、前記測定工程は、前記複数の板状スペーサの高さを、各スペーサについて複数箇所で測定する工程であり、前記配置工程は、前記各スペーサについて、高さの平均値を算出する工程と、該前面板と該背面板の間に、該高さの平均値の大きさに従って、端部から順に前記スペーサを配置する工程を含むことが好適である。

前記スペーサは板状スペーサであり、前記測定工程は、前記複数の板状スペーサの高さを、各スペーサについて複数箇所で測定する工程と、前記各スペーサについて、高さの平均値を算出する工程とを含み、前記配置工程は、前記平均値の大きいスペーサから順に配置した状態を初期状態として、大きさの順に並べられた平均値に基づいて基準曲線を設定する工程と、該基準曲線を中心として、その上下に所定の幅を隔てて第１の曲線と第２の曲線を設定する工程と、前記第１の曲線と前記第２の曲線との間に、前記複数箇所で測定された各スペーサの高さの値が位置するように該スペーサの配列順序を調整する工程を含むことが好適である。

前記スペーサは板状スペーサであり、前記測定工程は、前記複数の板状スペーサの高さを、各スペーサについて複数箇所で測定する工程と、前記各スペーサについて、高さの平均値を算出する工程とを含み、前記配置工程は、前記平均値の大きいスペーサから順に所定間隔で配置した状態を初期状態として、前記所定間隔を隔てた各スペーサの位置に対応させて前記スペーサの平均高さの値をプロットし、複数のスペーサの両端に位置するスペーサの平均高さの値を結ぶ直線を想定し、前記各スペーサの位置におけるそれぞれ平均高さと該位置における前記直線の値との差が所定のしきい値以下となるように前記スペーサの配列順序を調整する工程を含むことが好適である。

所定のしきい値は、前記背面板及び前面板の少なくともいずれかの特性に依存して定まる値であることが好適である。

前記スペーサは、柱状スペーサであり、前記配置工程は、前記前面板と前記背面板との間隔が所定方向に単調に変化するように前記柱状スペーサを配置する工程を含むことが好適である。

前記配置工程は、前記前面板と前記背面板の間に、前記測定値の大きさに従って端部から順に前記スペーサを順次対角線方向に配置する工程を含むことが好適である。

本発明によれば、スペーサの配置を最適制御することによって、画像表示装置の経時的な変形を防止し、機械強度信頼性の優れた画像表示装置をローコストで製造することが可能となった。

以下、実施形態に基づき本発明を詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図２は支持部材として板状スペーサを用いた場合のその配置を説明するための図である。１は背面板、２は背面板１と対向配置された前面板であり、３は真空容器を形成するための外枠を示す。例として５本の板状スペーサ４Ｓが背面板１と前面板２の間に配置されている。

本実施形態においては、各板状スペーサの高さＨ（図２参照）を測定する手段を有する。図４は板状スペーサの高さ測定における測定ポイントを模式的に示したもので、本実施形態においては、板状スペーサの長手方向における中心位置４Ｓｃでの高さＨを測定した。これによって各板状スペーサはこの高さＨの測定情報を持つこととなる。

図５は、多数の板状スペーサの中から、５つの板状スペーサを適当に選択し、無作為に並べた状態で（この配置でのスペーサ番号を、４Ｓ１〜４Ｓ５とする）、各板状スペーサが有する高さの測定データをグラフにしたものである。（例：４Ｓ１スペーサ高さ＝１．
５７９ｍｍ、４Ｓ２スペーサ高さ＝１．５８０ｍｍ、４Ｓ３スペーサ高さ＝１．５７９ｍｍ、４Ｓ４スペーサ高さ＝１．５８０ｍｍ、４Ｓ５スペーサ高さ＝１．５７８ｍｍ）

ここで本実施形態においては、前記高さ方向の測定を行う測定手段によって得られた測定値を使って、スペーサの高さ測定値の大きいものから順番に並べ替えを行って配置するようにした。

図６は、並べ替えを行った後、各板状スペーサが有する高さ方向の測定値をグラフ化したものである。すなわち、スペーサ５←スペーサ１←スペーサ３←スペーサ２←スペーサ４の順で配置され、並べ替えを行った結果を示している。

図３は、並べ替えを行った各板状スペーサを、対向配置された一対の基板間に配置した場合の画像表示装置の横断面図であり、１は背面板、２は背面板１に対向配置された前面板、３は背面板１と前面板２の周囲を接続する外枠、４Ｓ１〜４Ｓ５は板状スペーサ、５は枠３と前面板２を接着するための熱変形するフリットで結果として画像表示装置の断面形状を、スペーサ高さ順を反映したくさび形に制御した画像表示装置を作製することができた。これにより、隣り合うスペーサ間での高さのばらつき最大値はΔ＝０．００２ｍｍからΔ＝０．００１ｍｍに減少し、真空容器の機械強度の信頼性が向上した。
ここで画像表示装置の作成について簡単に説明をする。

まず、電子放出素子（不図示）などが搭載された背面板１を、ホットプレート上に電子放出部を上側に向けてセットし、スペーサ４を配置する。この時スペーサの配置を前記説明のとおり、高さ測定値Ｈに基づいて配置する。

スペーサ４を配置する位置に、ディスペンサを用いてフリットガラスを塗布する。そして、専用治具にてスペーサ４をフリットガラス上に配置し、加熱することによりスペーサ４を背面板１に接着する。

次に、背面板１の上に、あらかじめ背面板１と前面板２が接触する部分にフリットガラスを塗った枠３をセットし、さらに蛍光体（不図示）などが搭載された前面板２を、蛍光体が電子放出素子と対向するように位置合わせして固定する。さらにその上にホットプレートをのせ、荷重をかけながらフリットガラスの接着温度まで加熱し、その後冷却することで気密な真空容器を製造する。その後、例えば排気管を利用して外部の真空ポンプによって内部の空気を排除して、１０×１０^-6［Ｐａ］程度の真空とする。そして、電子放出素子として、表面伝導型電子放出素子を用いる場合は、外部駆動回路を接続して、フォーミング、活性化、前駆動等の通電処理を行い、画像表示装置とする。画像を表示するときは、電子放出素子に駆動電圧を印加し、蛍光体上に配置されたアノード電極に３ｋＶ〜１５ｋＶの高電圧を印加して電子ビームを蛍光体へ加速して照射し、発光させることにより、画像表示装置として機能する。

（第２の実施形態）
本実施形態においては、スペーサの高さの測定方法を変えた以外は第１の実施形態と同じであるので、同様の構成については説明を省略する。

本実施形態においては、各板状スペーサの高さの測定値を、各板状スペーサにおいて多点測定しその平均値を使って、各板状スペーサの配置を制御し、画像表示装置の横断面形状について制御を行った。

図４は、板状スペーサの測定ポイントを示すものであり、板状スペーサの長さ方向において均等間隔となるよう設定された測定ポイント（４Ｓａ、４Ｓｂ、４Ｓｃ、４Ｓｄ、４
Ｓｅで示す）で、板状スペーサの高さを測定した。

図７は、図５同様、無作為に配置したときの上記各板状スペーサの５点の設定された測定ポイントにおける各高さ測定値及びそれらの平均値ＡＶＥ示すグラフである。

上記平均値（ＡＶＥ）の大きなものから順に並べ替えを行うことによって、図８に示すように板状スペーサの配置を決定した。その結果図３に示すように対向配置された一対の基板間に配置した場合の画像表示装置の横断面図として、くさび形に制御した画像表示装置を作製することができる。これにより隣り合う板状スペーサ間での高さのばらつきの最大値はΔ＝０．００４ｍｍからΔ＝０．００３ｍｍへ減少し真空容器の機械強度の信頼性が向上した。

（第３の実施形態）
画像表示装置の構造は、第１の実施形態と同じであるので、同様の構成については説明を省略する。

また、各板状スペーサの高さ測定値を各板状スペーサにおいて多点測定し、その平均値を求める点は実施形態２と同じであるので、説明を省略する。本実施形態は、板状スペーサの長手方向に対する高さムラによる画像表示装置の面内分布を考慮して、板状スペーサの配置の制御を行った。

図９は、実施形態２と同様に、平均値の大きいものから順に並べ替えを実施した場合の高さ分布を示している。また、この状態での面内高さ分布を図１２で表現した。

本実施形態においては、平均値を元に板状スペーサの並べ替えを実施し、さらに平均値を元に一次元のしきい値カーブを作り、そのしきい値カーブに任意のオフセット値を与え、上限しきい値、下限しきい値とし、各測定点が上下限しきい値の間に無い場合に、さらに板状スペーサの配置を調整する点で実施形態１及び２と異なる。

図１０、図１１は、平均値にしたがって板状スペーサの並べ替えを実施した後の一次元のしきい値カーブ計算を行ったときの例を示す。以下に、一次元でのしきい値カーブの計算後のオフセット設定について説明する。

まず実施形態２と同じく平均値にしたがって板状スペーサの並べ替えを実施し、たとえば図９に示すような多項式近似法による近似曲線の計算を行うことで、板状スペーサの平均値を元にした並べ替え実施後のしきい値基本カーブを抽出する。例における曲線式は、

である。

ここで算出された近似曲線に、任意のオフセット値ΔＺを用いて、図１０に示す曲線、下限しきい値および上限しきい値を設定する。

本実施形態でΔＺは０．００４７ｍｍと設定した。
さらに図１０の上限しきい値および下限しきい値から、板状スペーサの長手方向の高さ測定値が突出した測定点を検出する。たとえば図１０においては４Ｓ３（スペーサ３）の測定値４Ｓｅが上限しきい値を超えた測定値になっていることが解る。

そこで、各測定点が上限しきい値を超えなくなるまでスペーサの配置を移動する。たとえば４Ｓ２とスペーサの配置を入れ替えると、図１１のように平均値においては４Ｓ２と４Ｓ３のバランスが逆になってしまう現象が発生するが、すべてのスペーサにおいて「下限しきい値≦各測定点の高さ測定値≦上限しきい値」を成立させることが出来る。

この時の面内高さ分布を図１３に表した。

結果として、突出した点を持たず、ゆるやかな面内分布を持ち、真空容器の機械強度の信頼性が向上した画像表示装置を作製することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態は、基板の特性をも考慮して、板状スペーサの配置を制御する際の閾値の算出方法を導くものである。

まず、図１４を用いて算出方法を説明するが、説明を簡単にする為に３本のスペーサのみを記載している。
板状スペーサＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の高さは、各々Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３であり、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になっている。更に板状スペーサＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３は各々長さａの間隔に配列されている。

ＳＰ１とＳＰ３の頂点を結んだ仮想線とＳＰ２との高さの差がΔＨである。
ΔＨが大きくなると、板状スペーサを配置した密閉容器内が真空になった際にＳＰ２が密閉容器を構成する基板に接触しなくなる恐れがあった。
その為、ΔＨを下記で示される値よりも小さくなるように、板状スペーサの配列を選択する。

ここで、
Ｃ１： 基板材料（フェースプレート、リアプレート）等に依存する定数
ａ： 板状スペーサ間隔（ピッチ）
ｈ： 基板厚さ（フェースプレート、リアプレート）
である。

上記条件を満たすことにより、対向配置された基板と全ての板状スペーサが接触した真空密閉容器を作製することができる。

本実施形態では、たとえばフェースプレート（前面板）及びリアプレート（背面板）として厚さ２．８ｍｍのガラス基板（ＰＤ２００、旭硝子社製）を用いた。

板状スペーサは、幅０．２ｍｍ、高さ１．６ｍｍ、長さ８００ｍｍに加工したガラス基板を、２４．６ｍｍ間隔で配置した。

その際、上述関係式からΔＨが２０μｍ以下になるように板状スペーサの配列を決定することで、図１５に示されるように、全ての板状スペーサが対向配置されたガラス基板（フェースプレート、リアプレート）に接触する画像表示装置を作製することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態では、板状スペーサの配置を制御する際の閾値の算出方法の他の例を説明す
る。

実施形態４と同様に、図１４において、板状スペーサＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の高さは、各々Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３であり、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になっている。更に板状スペーサＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３は各々長さａの間隔に配列されている。ＳＰ１とＳＰ３の頂点を結んだ仮想線とＳＰ２との高さの差がΔＨである。ΔＨが大きくなると、板状スペーサの真上の基板表面に発生する応力値が大きくなってしまう恐れがあった。その為、ΔＨを下記で示される値よりも小さくなるように、板状スペーサの配列を選択する。

ここで、
Ｃ２、Ｃ３：基板材料（フェースプレート、リアプレート）等に依存する定数
σ０： 許容応力値
ａ： 板状スペーサ間隔（ピッチ）
ｈ： 基板厚さ（フェースプレート、リアプレート）
である。

上記条件を満たすことにより、対向配置された基板に許容値以上の応力が発生しなくなり、破損の無い真空密閉容器を作製することができる。

本実施形態では、フェースプレート及びリアプレートとして厚さ２．８ｍｍのガラス基板（フロート板ガラス）を用いた。

板状スペーサは、幅０．２ｍｍ、高さ１．６ｍｍ、長さ８００ｍｍに加工したガラス基板を、２６ｍｍ間隔で配置した。許容応力値としては、一般的なフロート板ガラスの長期破壊応力に相当する６．９ＭＰａを用いた。その際、上述関係式からΔＨが５．２μｍ以下になるように板状スペーサの配列を決定することで、図１５に示すように、全ての板状スペーサが対向配置されたガラス基板（フェースプレート、リアプレート）に接触し、破損の無い画像表示装置を作製することができる。

（第６の実施形態）
本実施形態においては、前面板と背面板を支える支持部材として柱状スペーサを用いる。

柱状スペーサ４として、例えば図１６に示すように、断面が円（半径Ｒ）、高さがＨの円柱形のスペーサを用いる。ここで、柱状スペーサとは、スペーサが維持する間隔の方向と直交する面による断面、ここでは、図１７におけるＡ−Ａ断面での断面形状を代表する断面での代表長さＣがＣ＜Ｈであるスペーサの事である。代表長さＣとは、断面が円である円柱スペーサであれば、代表長さＣは直径（２Ｒ）、断面が楕円である楕円柱スペーサであれば代表長さＣは長軸長さ、断面が多角形である多角柱であれば、代表長さＣは最長の対角長さとなる。

次に図１８により、上記柱状スペーサを用いた画像表示装置の構成図を説明する。

図中、１は背面板を示し、２は背面板１に対向した位置に配置された前面板を示し、３は２枚の基板間距離を一定に保つように配置され、不図示のフリットガラスによって機密
に接着された枠を示し、４は２枚の基板間に配置された柱状スペーサを示す。

図１９は、例として、９本の柱状スペーサが配置された画像表示装置で、面内に配置された柱状スペーサ４の位置関係を説明する図である。

図２０は、上記各柱状スペーサをランダムに選別した状態において、各柱状スペーサの高さＨのデータを用いて面内分布図にしたものである。

ここで高さＨのデータを使って、高さＨの大きいものから順番に並べ替えを行う。ただし、並べ替えに伴う配列規則は、図１９に示すように平面における角部から配置し、以下順次対角方向に大きいものから、図中の１から９の順番に配置することとする。

図２１は、並べ替えを行った後の高さＨの面内分布図にしたものであり、結果として画像表示装置の断面形状を、ひとつの角部から対向する角部方向に、くさび形に制御した画像表示装置を作製することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る画像表示装置の断面図である。 図２は本発明における板状スペーサの配置を説明するための説明図である。 図３は板状スペーサの配置を調整し、くさび形に制御した画像表示装置の横断面図である。 図４は板状スペーサにおける５点の測定点を設定した場合の測定位置の例を示す図である。 図５は板状スペーサの高さ測定値の例を示す図である。 図６は板状スペーサの高さ測定値を元に数値の大きい順に並べ替えを実施した場合の例を示す図である。 図７は板状スペーサのたとえば５点の測定点を設定した場合の各測定値と平均値の例を示す図である。 図８は板状スペーサのたとえば５点の測定値の平均値を元に並べ替えを実施した場合の例を示す図である。 図９は図８の平均値を元に多項式近似法による基本しきい値を設定した例を示す図である。 図１０は図９の基本しきい値を元に下限しきい値と上限しきい値を設定した例を示す図である。 図１１は図１０の図を元にＳＰ３とＳＰ２の配置を変更した場合の各測定点の測定値と平均値を示す図である。 図１２は図９における画像表示装置の面分布を示す図である。 図１３は図１１における画像表示装置の面分布を示す図である。 図１４は隣接したスペーサの高さの差を所定の値以下に制御するための説明図である。 図１５は実施形態４および５の算出方法を説明する為の図である。 図１６は柱状スペーサの定義を説明するための斜視図である。 図１７は柱状スペーサの定義を説明するための画像表示装置断面図である。 図１８は対向配置された一対の基板の間に配置される複数の柱状スペーサを備える画像表示装置の構造図である。 図１９は９本の柱状スペーサを高さＨに基づいて並べ替えるための概念図である。 図２０は柱状スペーサを無作為に配置した時の面内高さ分布例を示す図である。 図２１は柱状スペーサを高さＨに基づいて配置した時の面内高さ分布例を示す図である。

符号の説明

１ 背面板
２ 前面板
３ 外枠
４ 柱状スペーサ

Claims (7)

1. 複数の電子放出素子を配置した背面板と、該背面板と対向して配置されると共に前記電子放出素子から放出される電子線の照射により画像が形成される画像形成部材を配置した前面板と、前記背面板と前記前面板の間にあって前記背面板および前記前面板の周縁を支持する枠と、前記前面板と前記背面板の間に配置される複数のスペーサとを有し、これらを互いに接合して気密構造にする画像表示装置の製造方法において、
   前記複数のスペーサの高さを、各スペーサについて測定する測定工程と、
   前記測定工程において得られた測定値に基づいて、前記前面板と前記背面板の間に前記スペーサを配置する配置工程とを有する画像表示装置の製造方法。
2. 前記スペーサは板状スペーサであり、
   前記測定工程は、前記複数の板状スペーサの高さを、各スペーサについて複数箇所で測定する工程であり、
   前記配置工程は、前記各スペーサについて、高さの平均値を算出する工程と、該前面板と該背面板の間に、該高さの平均値の大きさに従って、端部から順に前記スペーサを配置する工程を含む請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
3. 前記スペーサは板状スペーサであり、
   前記測定工程は、前記複数の板状スペーサの高さを、各スペーサについて複数箇所で測定する工程と、前記各スペーサについて、高さの平均値を算出する工程とを含み、
   前記配置工程は、前記平均値の大きいスペーサから順に配置した状態を初期状態として、大きさの順に並べられた平均値に基づいて基準曲線を設定する工程と、該基準曲線を中心として、その上下に所定の幅を隔てて第１の曲線と第２の曲線を設定する工程と、前記第１の曲線と前記第２の曲線との間に、前記複数箇所で測定された各スペーサの高さの値が位置するように該スペーサの配列順序を調整する工程を含む請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
4. 前記スペーサは板状スペーサであり、
   前記測定工程は、前記複数の板状スペーサの高さを、各スペーサについて複数箇所で測定する工程と、前記各スペーサについて、高さの平均値を算出する工程とを含み、
   前記配置工程は、前記平均値の大きいスペーサから順に所定間隔で配置した状態を初期状態として、前記所定間隔を隔てた各スペーサの位置に対応させて前記スペーサの平均高さの値をプロットし、複数のスペーサの両端に位置するスペーサの平均高さの値を結ぶ直線を想定し、前記各スペーサの位置におけるそれぞれ平均高さと該位置における前記直線の値との差が所定のしきい値以下となるように前記スペーサの配列順序を調整する工程を含む請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
5. 所定のしきい値は、前記背面板及び前面板の少なくともいずれかの特性に依存して定まる値である請求項４に記載の画像表示装置の製造方法。
6. 前記スペーサは、柱状スペーサであり、
   前記配置工程は、前記前面板と前記背面板との間隔が所定方向に単調に変化するように前記柱状スペーサを配置する工程を含む請求項１記載の画像表示装置の製造方法。
7. 前記配置工程は、前記前面板と前記背面板の間に、前記測定値の大きさに従って端部から順に前記スペーサを順次対角線方向に配置する工程を含む請求項６記載の画像表示装置の製造方法。