JP2005071992A - 減圧雰囲気下における加熱、冷却方法及び画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱冷却に要するトータル時間を短縮する加熱、冷却方法を提供する。
【解決手段】 チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された板状体を、前記板状体に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、前記加熱手段を挟んで前記板状体に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該板状体の冷却を行う工程とを有し、前記冷却板の熱放射率が０．５０以上０．８０以下である。また、前記冷却板の熱放射率は、前記加熱工程に要する時間と前記冷却工程に要する時間との和を最小とする値である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、表示装置等で使用される構成部品に施されるベーキング処理等の熱処理を行うのに適した、減圧雰囲気下における加熱及び冷却方法及び画像表示装置の製造方法に関する。

従来、画像表示装置には液晶ディスプレイ及びプラズマディスプレイの他に、電子線を蛍光体に照射して画像を表示させるものがある。この電子線を用いた画像表示装置は、蛍光体が形成された基板のフェースプレートと、電子ビームを発生する電子源として冷陰極素子、例えば表面伝導型電子放出素子が形成された基板のリアプレートと、これら２枚の基板の間に減圧雰囲気を保つための外枠とを有する。この電子線を用いた画像表示装置は、減圧雰囲気内の表面伝導型電子放出素子から蛍光体に電子ビームを加速して照射し、蛍光体を発光させて画像を形成する。なお、フェースプレート、リアプレート及び外枠で囲まれた空間を減圧する際、２枚の基板が歪まないようにするために基板間に薄い板状のスペーサを設けたものもある。

この電子線を用いた画像表示装置の製造過程における加熱処理には、フェースプレートとリアプレートを外枠を介して固着する処理の他に、分極して強固に水分子同士が結合した化学吸着水を基板面から取り除くためのベーキング処理がある。このベーキング処理を行わずに、フェースプレートとリアプレートを減圧下で組み立てようとすると、化学吸着水による脱ガスで圧力がなかなか下がらず、組み立てのための目標真空度に達成するまで時間が長くかかってしまう。

ベーキング処理を、電子源及び配線等を形成した後のリアプレートや、配線及び蛍光体を形成した後のフェースプレートに行う場合、形成された素子や配線に対する熱処理の負荷を軽減するためにも、処理時間は短い方がよい。また、このベーキング処理は製造過程で複数回行われるため、製造期間をより短縮するためにも、１度の処理時間は短い方が望ましい。真空処理装置で使用される構成部品に施されるベーキング処理における処理時間の短縮については、下記特許文献１に記載されるように、熱反射用のリフレクタをワーク（真空処理装置で使用される構成部品）及び加熱手段の周囲に設け、リフレクタに囲まれた空間を高温にすることで加熱処理が行われ、ワークを冷却する際には、真空チャンバの内部の加熱手段とリフレクタとの間に設けた冷却ジャケットに、冷却ガスを循環させて冷却している。
特開平６−１２４９５５号公報

しかし、上記特許文献１に記載される技術では、冷却について自然冷却と冷却ガスを流すこととのバランスにより短時間に温度を低下させる点は考慮されているものの、加熱と却の両者を効率よく行うことについては対策がとられておらず、改善が求められていた。

また、例えば上記の表示装置のように、リアプレート、フェースプレート、スペーサ等の構造物を有する場合、それぞれの構造物をベーキング処理する必要があるが、これらを個別にベーキング処理することは、処理時間の増大を招き好ましくない。また、真空中でのベーキング処理においては、リアプレート、フェースプレート、スペーサの形状等によっては、これらの部材に温度分布を生じる場合があり、結果、これら部材に歪や割れを生じる場合があった。

本発明は、上記課題を解決すべく、真空雰囲気下における加熱、冷却の両者の効率を総合的に考察し、加熱、冷却に要するトータルの時間を短縮可能な、新規な加熱、冷却方法を提供することを目的とする。また、真空雰囲気下における、複雑な表面形状の部材を有する画像表示装置に対する、新規な製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の加熱、冷却方法は、チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された板状体を、前記板状体に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
前記加熱手段を挟んで前記板状体に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該板状体の冷却を行う工程とを有し、
前記冷却板の熱放射率が０．５０以上０．８０以下であることを特徴とする。

また、本発明の加熱、冷却方法は、チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された板状体を、前記板状体に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
前記加熱手段を挟んで前記板状体に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該板状体の冷却を行う工程とを有し、
前記冷却板の熱放射率は、前記加熱工程に要する時間と前記冷却工程に要する時間との和を最小とする値であることを特徴とする。

また、本発明は、互いに対向する２つの主面を有する基板を用いて形成された容器を有する画像表示装置の製造方法であって、
チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された該基板を、前記基板に対向配置された加熱手段
により加熱する工程と、
前記加熱手段を挟んで前記基板に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該基板の冷却を行う工程とを有し、
前記冷却板の熱放射率が０．５０以上０．８０以下であることを特徴とする。

また、本発明は、互いに対向する２つの主面を有する基板の一方の主面に該基板と熱容量の異なる付属物が設けられた該基板を用いて形成された容器を有する画像表示装置の製造方法であって、
チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された該基板を、前記基板に対向配置された加熱手段
により加熱する工程と、
前記加熱手段を挟んで前記基板に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該基板の冷却を行う工程とを有し、
前記加熱手段は、前記基板の他方の主面に対向して配置されることを特徴とする。

また、本発明は、互いに対向する２つの主面を有し、該２つの主面の各々の面における面内での熱放射率の分布が異なる基板を用いて形成された容器を有する画像表示装置の製造方法であって、
チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された該基板を、前記基板に対向配置された加熱手段
により加熱する工程と、
前記加熱手段を挟んで前記基板に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該基板の冷却を行う工程とを有し、
前記加熱手段は、前記基板の２つの主面のうち、熱放射率の分布が小さい面に対向して配置されることを特徴とする。

［作用］
本発明によれば、板状体を発熱体（加熱手段）により加熱し冷却板により冷却する際に、冷却板の熱放射率が選定されている、換言すると、熱反射機能と冷却機能を兼ね備えるように放射率を選定することによって、加熱に要する時間と冷却に要する時間のトータル時間が短縮される。

より具体的に言うと、冷却板の熱放射率を特定の範囲内の値（すなわち、０．５０以上、０．８０以下の値）に設定することにより、加熱処理及び冷却処理の双方の効率化が図られる。つまり、本発明の加熱、冷却処理において用いられる「冷却板」は、冷却工程において、加熱された板状体（加熱対象物）から放射される熱線を吸収するという基本的な役割を担うとともに、加熱工程において、加熱手段から放出される熱線を加熱対象物に対して反射させる役割をも併せて担うものである。そのため、冷却処理時において、加熱された板状体から放射される熱線を吸収するよう主たる機能をはたしながら、加熱処理時には、加熱手段からの熱線を反射により板状体に対して再放射することができるので、加熱効率を増加させることが可能となる。その結果として、加熱工程及び引き続く冷却工程において必要とされるトータル処理時間が短縮されることとなる。

また、他の発明によれば、一方の面に基板と放射率の異なる部材を設けた基板や、熱放射率の分布が表裏面で異なる基板を、加熱、冷却する際に、加熱手段、冷却板の基板に対する配置を特定することで、基板の温度分布の発生を防止し、均一かつ効率的な加熱、冷却を実現する。つまり、基板と異なる放射率の部材、例えば、基板よりも熱放射率の小さい部材（例えばスペーサ）を、基板の一方の面に配置した基板に対して、加熱手段及び冷却板を基板の他方の面に対向して配置しながら加熱、冷却を行うことで、熱容量の小さい部材が基板よりも急激に加熱、冷却されることが防止される。この結果、急激に加熱、冷却されることに起因するスペーサの割れが防止されるとともに、基板及び熱容量の小さい部材（スペーサ）を均一かつ効率的に加熱、冷却することが実現できる。また、表面に配線等が形成された結果、配線形成面と、配線非形成面とで熱放射率の分布が異なる基板、例えば、配線形成面が配線非形成面に対して熱放射率の分布が大きい基板に対して、発熱体及び冷却体を配線非形成面に対向して配置しながら加熱、冷却を行うことで、基板への熱の流入量、また基板からの熱の放出量を均一に保てる。この結果、基板に生じる温度分布を低減し、基板の歪、割れを防止する。

本発明の加熱、冷却方法により、加熱手段を挟んで板状体に対向配置された熱反射機能を有する冷却板の熱放射率が選定されているので、加熱に要する時間と冷却に要する時間のトータル時間が短縮される。

また、本発明の画像表示装置の製造方法により、画像表示装置の基板において、一方の面に該基板と熱容量の異なる付属物が設けられた場合、又は熱放射率の分布が表裏面で異なる場合でも、加熱、冷却に際し、基板に生じる温度分布を低減し、基板の歪、割れを防止することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の特徴を最もよく表す図であり、本発明の加熱、冷却方法に用いる装置の断面図である。

１は基板、２ａ〜２ｃは熱反射部材である反射板、３は発熱体（加熱手段）であるヒータ、４は付属物としてのスペーサ、５は基板上物質、６は真空チャンバ、１１は熱反射機能を兼ね備える冷却部材である冷却板、１２は冷却管である。

同図において、基板１は、画像表示装置の容器の構成部材である電子源基板であり、基板１の表面（図の上方）には、スペーサ４や電子源や配線などの基板上物質５が固定されている。

基板１の裏面側（図の下方）には発熱体であるヒータ３ａ〜３ｅがあり、基板１を非接触で加熱する。更に、ヒータ３ａ〜ｅの下方には、冷却板１１があり、基板１を非接触で冷却する。冷却管１２は冷却板１１にロウ付けされ固定され、冷却管１２に冷媒を流し熱を回収している。冷却板１１の基板１側（図の上方）の面の熱放射率（以下、「放射率」という）を０．５０以上０．８０以下の値に設定した。基板１とヒータ３は、１枚の冷却板と５枚の反射板２ａ〜２ｃにより、全方向（６面）を覆われている。図では１枚の冷却板と３枚の反射板のみ描かれている。更に、これらは真空チャンバ６の中に入り、不図示の真空ポンプにより、真空チャンバ６内は減圧雰囲気となる。基板１は不図示の支持ピンの上に載置され、支持ピン及びヒータ３は、反射板２もしくは真空チャンバ６もしくは冷却板１１に固定されている。ヒータ３は、ヒータから熱の流出を抑えるため、断熱材を介して固定した。また、反射板２及び冷却板１１は真空チャンバ６に固定されている。

基板１を加熱するときは、ヒータ３の温度を上げ、輻射により熱エネルギを基板１に与える。なお、ここで、ヒータ３は、表面の放射率が０．８であり、赤外線を出力するカートリッジヒータを用いた。一方、基板１を冷却するときには、ヒータ３の出力を止め、基板１の熱を輻射により冷却板１１へ伝え基板１の温度を下げる。冷却板１１の熱は冷却管１２に流した冷媒が回収する。

基板１の表面の放射率は基板上物質５により異なる。具体的には、基板上物質５として、金属からなる配線電極と、これに接続された表面伝導型放出素子からなる電子放出素子及び、電子放出素子間に配置されたガラス部材からなるスペーサを基板１の一方の面に設けた。スペーサ４は薄い板ガラスからなり、表面積に比べて体積が、すなわち、熱容量が小さい。一方、裏面（図の下方）には、付属物はなく、均一に表面処理が施されているだけであるので、放射率はほぼ一定である。この基板１の表面（上述の配線、電子放出素子及びスペーサが配置された面）に比べ、放射率が一定で、また、表面に比べ付属物の少ない裏面側に熱源のヒータ３を設置し、温度を上げたヒータ面から、基板１の裏面に熱を与えることにより、短時間で基板１の温度を面内に均一に上げることができた。放射率が場所により異なり基板１への熱の流入量の差から温度分布を生じることを抑え、また、熱容量の小さいスペーサ４だけが温度上昇することがない。よって、基板１の温度分布に起因するそりや割れ、基板１とスペーサとの温度差に起因するスペーサの割れを防ぐことができた。なお、付属物としては、電子源基板に設けられたスペーサに限らず、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）における各画素領域を区切るリブ構造等であってもよく、つまり本発明はリブ構造を設けたＰＤＰ用基板にも適用できる。

図２は、本実施形態における放射率と加熱冷却時間との関係を示す図であり、冷却板１１の基板１側（図の上方）の面の放射率を変えると、室温から３５０℃までの昇温時間と、３５０℃〜１００℃までの降温時間との和は、放射率が０．５０以上０．８０以下でほぼ最短となった。また表1は、放射率とそれに対する加熱、冷却時間のトータル時間との関係を示したものである。

図２及び表１から明らかなように、冷却板の放射率が０．５０以上、０．８以下の範囲においては、加熱冷却時間の変化が微量であるのに対し、放射率０．４９と０．５０、及び０．８０と０．８１の間では、加熱冷却時間が大きく変化する。なお、上記のとおり、我々の検討では、放射率０．７０の冷却板を用いた場合が、最も加熱冷却のトータル時間を短縮できた。本願の冷却板の母材の一例としては、ステンレスや銅やアルミニウム等が利用でき、また、放射率は、上記母材へのブラスト処理や酸化処理の度合いを変えたり、又は、高放射率材料（黒体塗料やセラミック塗料など）の塗布面積比率を変えたりして調整した。また、ここでの放射率は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）で試料表面からの赤外放射を直接測定して、試料と同温度の黒体放射との比を計算して求めた試料の放射スペクトルのうち、波長３〜１０μｍの積分平均として求めた。

ここで、放射率の意味について説明する。物体の表面に放射された熱エネルギは、一部は反射され、一部が吸収される。反射される割合と吸収される割合をそれぞれ反射率ｒ、吸収率αとすれば、一般に（金属などの非透明体においては）、ｒ＋α＝１である。黒体の場合はα＝１である。物体表面の放射率をεとすれば、同じ温度ではεとαは等しい。冷却板１１の放射率が０．８より高いと、加熱に時間がかかり、また、放射率が０．５０より低いと冷却に時間がかかり、いずれの場合もトータルで長時間を要する。

冷却板１１の熱放射率は、一般に、０ないし１の範囲内の任意の値を取り得るものであるが、仮に冷却板の熱放射率が最小値（０）もしくは最大値（１）をとる場合を想定すると、これらの場合には明らかに不都合が生じる。つまり、冷却板の熱放射率が１の場合には、熱反射率が０となるため、対象物の加熱処理には何ら寄与せず、加熱の時間を短縮することはできない。一方、冷却板の熱放射率が０の場合には、熱反射率が１、つまり全反射となるため、加熱された対象物からの放射熱を吸収できず、冷却機能が果たせないこととなる。このように、冷却板の熱放射率は、大きくても小さくても問題が有ることが分かる。従って、冷却板の熱放射率として、特定の値を選定する必要がある。本発明では、この点に留意して、加熱処理時に反射板としての機能をも兼ね備えた冷却板の放射率を、加熱及び冷却の双方の工程における処理効率を勘案して冷却板の最適な放射率を実験を通して見出し、そのような最適な放射率を用いることとしたのである。

このように、冷却板１１の放射率を０．５０以上０．８０以下とし、主に基板１の裏面から熱を与えたり回収したりすることで、短時間で基板１の温度を面内に均一に上げ下げすることができた。なお、この際、冷却板の放射率が、０．５０以上０．８０以下の範囲内であれば、十分であるが、好ましくは、反射板の放射率が、冷却板の放射率より小さいのがよい。これによって、冷却期間において、熱容量の小さいスペーサ４だけ温度変化が早くなることも無くなった。よって、基板１の温度分布に起因するそりや割れ、基板１とスペーサとの温度差に起因するスペーサの割れを防ぐことができ、高速で加熱及び冷却ができた。

また、上記のように、一方の面に基板よりも熱容量の小さいスペーサ部材を設けた場合、また、配線電極や電子放出素子の形成により熱放射率の分布が表裏面で異なる基板を、加熱、冷却する際に、加熱体、冷却体を基板の他方の面に対向するように配置することで、基板の熱分布の発生を防止し、均一かつ効率的な加熱、冷却を実現した。より具体的には、基板への熱の流入量、また基板からの熱の放出量を均一に保てる。この結果、基板に生じる温度分布を低減し、基板の歪、割れを防止する。なお、この効果は、上述の０．５０〜０．８０の放射率を有する冷却板を用いた場合に限定されるものではなく、この範囲外の放射率を有する冷却板を用いた場合にも得られる効果である。

また、ヒータ３には、上述のとおりカートリッジヒータを用いたが、ハロゲンヒータなどを用いてもよい。

また、本実施形態では反射板２を冷却していないが、反射板２に冷却管を固定するなどして冷却してもよい。

次に、この基板１を用いた画像表示装置の製造方法について、説明する。

上記配線電極、電子放出素子、及びスペーサが形成され、上述の加熱、冷却プロセスを経た基板１（リアプレート）と、蛍光体、ブラックマトリクス及び加速電極であるメタルバックを設けたフェースプレートとを、十分に位置合わせした上で、枠部材を介して接合する。接合部材としては、低融点ガラスフリットを用いた。なお、この接合は、真空チャンバ６内の減圧雰囲気下で行われる。また、フェースプレートもリアプレート同様に、接合前に上述の加熱冷却を行い、化学吸着物質の除去処理を施しておくと良い。このように、真空チャンバ内で、化学吸着物を除去するベーキング処理を施した上で、真空チャンバ６内の雰囲気を破ることなく、フェースプレートとリアプレートの接合を行うことによって、化学吸着物の再付着を防止した状態で、画像表示装置を形成することが可能となる。

なお、ここで大事なことは、本発明の加熱、冷却工程を経た、基板１（リアプレート）をフェースプレートと接合する際、真空雰囲気を破ることなく、真空中で一貫処理できることが重要であり、これによって化学吸着物の再付着を防止できる。従って、リアプレートとフェースプレートの接合は、必ずしも、加熱冷却処理を行った真空チャンバ６で実行する必要はなく、例えば、真空チャンバ６にゲートを介して連通する別の真空チャンバ（例えばロードロックチャンバ）で接合工程を行っても良い。この場合、加熱冷却工程と接合工程を異なる真空度で行うことが出来、好ましい形態である。上述の本発明によって、電子放出素子の電子放出特性の劣化を防止し、高性能な表示装置を実現できる。

本発明の加熱、冷却方法に用いる装置の断面図である。 放射率と加熱冷却時間との関係を示す図である。

符号の説明

１ 基板（電子源基板）
２ａ〜２ｃ 反射板
３ａ〜３ｅ ヒータ
４ スペーサ
５ 基板上物質
６ 真空チャンバ
１１ 冷却板
１２ 冷却管

Claims (15)

1. チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された板状体を、前記板状体に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
   前記加熱手段を挟んで前記板状体に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該板状体の冷却を行う工程とを有し、
   前記冷却板の熱放射率が０．５０以上０．８０以下であることを特徴とする加熱、冷却方法。
2. チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された板状体を、前記板状体に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
   前記加熱手段を挟んで前記板状体に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該板状体の冷却を行う工程とを有し、
   前記冷却板の熱放射率は、前記加熱工程に要する時間と前記冷却工程に要する時間との和を最小とする値であることを特徴とする加熱、冷却方法。
3. 前記板状体の周囲に熱反射部材を有し、前記熱反射部材及び前記冷却板によって前記板状体を囲むことを特徴とする請求項１に記載の加熱、冷却方法。
4. 前記冷却板は冷媒を流す冷却管を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱、冷却方法。
5. 前記熱反射部材の熱放射率を前記冷却板の熱放射率より小さくしたことを特徴とする請求項３に記載の加熱、冷却方法。
6. 互いに対向する２つの主面を有する基板を用いて形成された容器を有する画像表示装置の製造方法であって、
   チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された該基板を、前記基板に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
   前記加熱手段を挟んで前記基板に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該基板の冷却を行う工程とを有し、
   前記冷却板の熱放射率が０．５０以上０．８０以下であることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
7. 前記基板の前記２つの主面の一方の面に、前記基板と熱容量の異なる付属物が部分的に搭載され、
   前記加熱手段は、前記基板の前記２つの主面の他方の面に対向して配置されることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置の製造方法。
8. 前記基板の前記２つの主面は、該２つの主面の各々の面における面内での熱放射率の分布が互いに異なり、
   前記加熱手段は、前記基板の２つの主面のうち、熱放射率の分布が小さい面に対向して配置されることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置の製造方法。
9. 前記加熱工程及び冷却工程の後に、減圧雰囲気下において、前記加熱及び冷却された基板を用いて前記容器を組み立てる工程を更に有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の画像表示装置の製造方法。
10. 前記加熱工程及び冷却工程の後に、前記チャンバとは異なる他のチャンバ内の減圧雰囲気下において、前記加熱及び冷却された基板を用いて前記容器を組み立てる工程を更に有することを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置の製造方法。
11. 互いに対向する２つの主面を有する基板の一方の主面に該基板と熱容量の異なる付属物が設けられた該基板を用いて形成された容器を有する画像表示装置の製造方法であって、
    チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された該基板を、前記基板に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
    前記加熱手段を挟んで前記基板に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該基板の冷却を行う工程とを有し、
    前記加熱手段は、前記基板の他方の主面に対向して配置されることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
12. 前記付属物がスペーサであることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置の製造方法。
13. 前記加熱工程及び冷却工程の後に、減圧雰囲気下において、前記加熱及び冷却された基板を用いて前記容器を組み立てる工程を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置の製造方法。
14. 互いに対向する２つの主面を有し、該２つの主面の各々の面における面内での熱放射率の分布が異なる基板を用いて形成された容器を有する画像表示装置の製造方法であって、
    チャンバ内の減圧雰囲気下に配置された該基板を、前記基板に対向配置された加熱手段により加熱する工程と、
    前記加熱手段を挟んで前記基板に対向配置された熱反射機能を有する冷却板により当該基板の冷却を行う工程とを有し、
    前記加熱手段は、前記基板の２つの主面のうち、熱放射率の分布が小さい面に対向して配置されることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
15. 前記加熱、冷却工程の後に、減圧雰囲気下において、前記加熱及び冷却された基板を用いて前記容器を組み立てる工程を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置の製造方法。

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