JP2005332618A - 画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサ部材の損傷を生じることなく効率良く製造することが可能な平面型の画像表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 隙間を置いて対向配置された第１基板１０と第２基板１２との間に、スペーサ構体２２が設けられている画像表示装置の製造方法において、第１基板および第２基板の少なくとも一方に保持部を介してスペーサ構体２２を保持し、スペーサ構体が保持された一方の基板と他方の基板とを、スペーサ構体を間に挟んで対向配置する。対向配置された第１基板および第２基板を高温領域まで昇温した後、降温して熱処理し、高温領域において、一方の基板よりも他方の基板を高温に加熱する。熱処理の後、第１および第２基板の周辺部同士を接合して外囲器を形成する。
【選択図】 図６

Description

この発明は、対向配置された基板と、基板間に配設されたスペーサとを備えた平面型の画像表示装置の製造方法に関する。

近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の画像表示装置として様々な平面型の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。

例えば、ＳＥＤは、１ないし２ｍｍの間隔をおいて対向配置された第１基板および第２基板を備え、これらの基板は矩形状の側壁を介して周辺部を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。第１基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、第２基板の内面には、蛍光体を励起する電子放出源として、多数の電子放出素子が配列されている。第１基板および第２基板間に作用する大気圧荷重を支持し基板間の隙間を維持するため、両基板間には、複数のスペーサが配置されている。（特許文献１）。

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が印加される。背面基板と前面基板の間に印加した強電界により電子放出素子から放出された電子ビームを蛍光体スクリーンに加速衝突させて発光させることにより画像を表示している。

このような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。

前記ＳＥＤにおいて、真空の外囲器を製造するために様々な製造方法が検討されている。例えば、真空装置内において、第１および第２基板を十分に離した状態で両基板をべーキングしながら真空装置全体を高真空になるまで排気する。所定の温度および真空度に到達した際、側壁を介して第１基板と第２基板とを接合する方法が挙げられる。この方法では、接合材として比較的低温で封着が可能な低融点金属が用いられる。
特開２００２−３１９３４６号

上記構成のＳＥＤにおいて、第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支えるスペーサは、その保持部で画像表示性能を劣化させないように画像表示領域外側まで伸びた一体もののスペーサ部材として構成され、画像表示領域の外側でスペーサ部材の周辺部を基板に保持させるのが一般的である。また、各スペーサ部材を適切な位置に配置させるため、スペーサ部材は張力が付与された状態で保持されるか、あるいは張力が付与されないまでも撓まないような構成により保持する必要がある。

しかしながら、このような周辺部が基板上に保持されたスペーサ部材を用いて真空外囲器を製造する場合、ベーキング等の熱処理工程の際、基板とスペーサ部材との熱膨張差が生じスペーサ部材に損傷が生じ易い。特に、スペーサ部材は、このスペーサ部材が取り付け得られた基板よりも熱容量が圧倒的に小さく、放熱による温度低下が著しく早い。そのため、熱処理の高温領域から冷却領域にかけて、スペーサ部材が収縮し基板によって引っ張られダメージを受ける。これを防止するためには、スペーサ部材の損傷が許容できる範囲まで熱処理工程の時間を長くして緩やかに処理する必要があり、その結果、生産性が低迷する大きな要因となっていた。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、スペーサ部材の損傷を生じることなく効率良く製造することが可能な平面型の画像表示装置の製造方法を提供することにある。

前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の製造方法は、隙間を置いて対向配置されているとともに周辺部同士が接合された第１基板および第２基板を有した外囲器と、前記第１および第２基板の間に設けられ前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ構体と、を備え、前記スペーサ構体は、画像表示領域の外側で前記第１および第２基板のいずれか一方に保持された複数の保持部を有している画像表示装置の製造方法において、
前記第１基板および第２基板の少なくとも一方に前記保持部を介してスペーサ構体を保持し、前記スペーサ構体が保持された一方の基板と他方の基板とを、前記スペーサ構体を間に挟んで対向配置し、前記対向配置された第１基板および第２基板を高温領域まで昇温した後、降温して熱処理し、前記高温領域において、前記一方の基板よりも他方の基板を高温に加熱し、前記熱処理の後、前記第１および第２基板の周辺部同士を接合して外囲器を形成することを特徴としている。

この発明によれば、スペーサ構体が保持されている基板よりも他方の基板を高温に設定することにより、スペーサ構体の損傷を生じることなく効率良く製造することが可能な平面型の画像表示装置の製造方法を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明を、平面型の画像表示装置として、ＳＥＤに適用した第１の実施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、ＳＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる第１基板１０および第２基板１２を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて対向配置されている。第１基板１０および第２基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して周縁部同士が接合され、内部が真空に維持された扁平な真空外囲器１５を構成している。

第１基板１０の内面には蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、青、緑に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および遮光層１１を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状、ドット状あるいは矩形状に形成されている。蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１７およびゲッタ膜１９が順に形成されている。

第２基板１２の内面には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層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。第２基板１２の内面上には、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１５の外部に引出されている。

接合部材として機能する側壁１４は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、第１基板１０の周縁部および第２基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。

図２ないし図４に示すように、ＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２の間に配設されたスペーサ構体２２を備えている。スペーサ構体２２は、第１基板１０および第２基板１０の間に配設された金属板からなる支持基板２４と、支持基板の両面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサと、を有している。スペーサ構体２２は、画像表示領域全体を覆って配置されている。

スペーサ構体２２の支持基板２４は矩形状に形成され、第１基板１０の内面と対向した第１表面２４ａおよび第２基板１２の内面と対向した第２表面２４ｂを有し、これらの基板と平行に配置されている。支持基板２４は、第１および第２基板１０、１２の画像表示領域よりも大きな寸法に形成され、その周縁部は、画像表示領域の外側と対向している。

支持基板２４には、エッチング等により多数の電子ビーム通過孔２６が形成されている。電子ビーム通過孔２６は複数行、複数列に並んで設けられている。真空外囲器１５および支持基板２４の長辺の延出方向を第１方向Ｘ、短辺の延出方向を第２方向Ｙとした場合、電子ビーム通過孔２６は、第１方向Ｘにブリッジ部を介して第１ピッチで並んでいるとともに、第２方向Ｙに第１ピッチよりも大きな第２ピッチで並んで設けられている。電子ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８と対向して配列され、電子放出素子から放出された電子ビームを透過する。

支持基板２４の第１表面２４ａ上には複数の第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、それぞれ第２方向Ｙに並んだ電子ビーム通過孔２６間に位置している。第１スペーサ３０ａの先端は、ゲッタ膜１９、メタルバック１７、および蛍光体スクリーン１６の遮光層１１を介して第１基板１０の内面に当接している。

支持基板２４の第２表面２４ｂ上には複数の第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、それぞれ第２方向Ｙに並んだ電子ビーム通過孔２６間に位置している。第２スペーサ３０ｂの先端は第２基板１２の内面に当接している。ここでは、各第２スペーサ３０ｂの先端は、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１上に位置している。各第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに整列して位置し、支持基板２４を両面から挟み込んだ状態で支持基板２４と一体に形成されている。

第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂの各々は、支持基板２４側から延出端に向かって径が小さくなった先細テーパ状に形成されている。例えば、各第１スペーサ３０ａおよび第２スペーサ３０ｂはほぼ楕円状の横断面形状を有している。

上記のように構成されたスペーサ構体２２は、図４に示すように、それぞれ支持基板２４の長辺が第２基板１２の第１方向Ｘと平行に延びた状態で配置され、支持基板２４の各角部は、保持部３２により第２基板１２に固定されている。各保持部３２は、第２基板１２の内面に固定された矩形板状の固定台３４を有している。固定台３４は例えばガラスにより形成され、無機系接着剤、フリットガラス等により第２基板１２に固定されている。同様に、支持基板２４の各角部は、無機系接着剤、フリットガラス等により固定台３４に固定されている。

このように保持部３２によって保持されたスペーサ構体２２の第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、第１基板１０および第２基板１２の内面に当接することにより、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。

ＳＥＤは、支持基板２４および第１基板１０のメタルバック１７に電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。電圧供給部は、支持基板２４およびメタルバック１７にそれぞれ接続され、例えば、支持基板２４に１２ｋＶ、メタルバック１７に１０ｋＶの電圧を印加する。ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７にアノード電圧が印加され、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１６へ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層が励起されて発光し、画像を表示する。

次に、以上のように構成されたＳＥＤの製造方法について説明する。
まず、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７が設けられた第１基板１０と、電子放出素子１８および配線２１が設けられているとともに側壁１４および固定台３４が接合された第２基板１２と、を用意する。また、スペーサ構体２２を形成する。続いて、スペーサ構体２２を第２基板１２に対して位置決めし、支持基板２４の４つの角部を、それぞれ固定台３４に固定する。

続いて、第１および第２基板１０および１２を真空雰囲気中で熱処理した後、周縁部同士を封着する。すなわち、図５および図６に示すように、スペーサ構体２２が搭載された第２基板１２および第１基板１０を、スペーサ構体を間に挟んで隣接対向して配置した状態で、第１および第２基板を真空チャンバ４０内に投入する。真空チャンバ４０内において、第１および第２基板１０、１２の外側には、ヒータ４２ａ、４２ｂがそれぞれ隣接対向して配置されている。

この状態で真空チャンバ４０内を所定の真空度に真空引きする。次いで、真空雰囲気中でヒータ４２ａ、４２ｂにより第１および第２基板１０、１２、スペーサ構体２２を加熱してベーキングし、各基板の表面吸着ガスを放出させる。この際、図７に示すように、ヒータ４２ａ、４２ｂを制御することにより、第１および第２基板１０、１２を同一温度で昇温して行き、途中から、第２基板よりも第１基板の方を高い温度上昇率で昇温させる。そして、高温領域において、第１基板１０を第２基板１２よりも高い温度に加熱した後、所定時間、その温度に維持する。ここでは、例えば、第１基板１０を４００℃に加熱し、第２基板１２を３５０℃に加熱する。第１基板１０は、第２基板１２よりも
３０〜１００℃高い温度に加熱することを望ましい。

第１および第２基板１０ａ、１０ｂを所定時間、高温領域に維持した後、ヒータ４２ａ、４２ｂによる加熱を停止し、第１および第２基板を冷却、つまり、温度降下させる。加熱ピークから冷却にかけては、図６および図７に示すように、より高温の第１基板１０からスペーサ構体２２へ熱量が移動し、主に第２基板１２から放熱していく。そのため、スペーサ構体２２は、急激な温度降下が抑制され、第２基板１２の温度と殆ど同一温度に維持された状態で温度降下する。その結果、スペーサ構体と第２基板との温度差に起因するスペーサ構体の損傷を防止することができる。

図７において、破線は、比較例として、第１基板１０および第２基板１２を同じ温度プロファイルで昇降させた場合を示している。この場合、加熱ピークから冷却にかけて第２基板よりもスペーサ構体の温度が低くなる領域が生じる。これは、第２基板よりもスペーサ構体の方が圧倒的に熱容量が小さく、放熱による温度低下が著しく早いためである。そのため、比較例では、熱処理工程中でスペーサ構体が第２基板よりも大きく熱収縮し、第２基板により引っ張られ損傷を受ける。

上述したベーキングが終了した後、真空雰囲気内に維持した状態で、第１基板１０および第２基板１２を互いに接近する方向に加圧し、インジウム等の封着材により第１基板１０を側壁１４に封着する。封着後、大気中に取り出すことにより、真空外囲器が形成される。

以上のように構成されたＳＥＤの製造方法によれば、スペーサ構体が保持されている基板を熱処理した場合でも、スペーサ構体と基板との熱膨張差に起因するスペーサ構体の損傷を防止することができる。そのため、熱負荷の大きい短時間での熱処理が可能となり、ＳＥＤを効率良く製造し生産性を大幅に向上することが可能となる。

上述した実施形態において、スペーサ構体として、支持基板と複数の柱状スペーサとを備えた面状スペーサ構体を備えたＳＥＤについて説明したが、この発明はこれに限らず、細長い板状のスペーサ構体を用いたＳＥＤにも適用することができる。

図８および図９に示すように、この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤによれば、第２基板１２上に設けられた複数のスペーサ構体２２を備えている。各スペーサ構体２２は、例えばガラスからなる細長い板状のスペーサ３０と、スペーサ３０の両端部をそれぞれ保持した一対の保持部とを有している。複数のスペーサ３０は、第２基板１２の長辺と平行な第１方向Ｘに沿って延びているとともに、短辺と平行な第２方向Ｙに沿って互いに離間して配設されている。各スペーサ３０は、ＳＥＤの画像表示領域内を延びているとともに、その両端部は、画像表示領域の外側まで延出している。また、各スペーサ３０は、第２基板１２の表面に対して垂直に立設されている。そして、各スペーサ３０は、その一側縁が第１基板１０の内面に当接し、他側縁が第２基板１２の内面に当接することにより、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。

各スペーサ構体２２は、スペーサ３０の一端部を画像表示領域の外側で第２基板１２に保持した第１保持部３２ａ、およびスペーサの他端部を画像表示領域の外側で第２基板１２に固定的に保持した第２保持部３２ｂを備えている。第１および第２保持部３２ａ、３２ｂは、例えば、フリットガラスで形成され、第２基板１２の内面に対してスペーサ３０の端部を固定している。
第２の実施形態において、ＳＥＤの他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

上記構成のＳＥＤを製造する場合、前述した第１の実施形態と同様に、第１基板１０と、複数のスペーサ構体２２および側壁１４が保持された第２基板１２と、をスペーサ構体を間に挟んで隣接対向して配置する。続いて、第１および第２基板１０、１２を真空チャンバ中で熱処理した後、周縁部同士を封着する。

すなわち、第１および第２基板１０、１２を、スペーサ構体２２を間に挟んで隣接対向して配置した状態で、真空チャンバ内に投入する。この状態で真空チャンバ４０内を所定の真空度に真空引きする。次いで、真空雰囲気中でヒータにより第１および第２基板１０、１２、スペーサ構体２２を加熱してベーキングし、各基板の表面吸着ガスを放出させる。この際、図７に示したように、ヒータを制御することにより、第１および第２基板１０、１２を同一温度で昇温して行き、途中から、第２基板よりも第１基板の方を高い温度上昇率で昇温させる。そして、高温領域において、第１基板１０を第２基板１２よりも高い温度に加熱した後、所定時間、その温度に維持する。

その後、第１および第２基板１０、１２を冷却、つまり、温度降下させる。加熱ピークから冷却にかけては、より高温の第１基板１０からスペーサ構体２２へ熱量が移動し、主に第２基板１２から放熱していく。そのため、各スペーサ構体２２は、急激な温度降下が抑制され、第２基板１２の温度と殆ど同一温度に維持された状態で温度降下する。その結果、スペーサ構体２２と第２基板１２との温度差に起因するスペーサ構体の損傷を防止することができる。

このように構成された第２の実施形態においても、熱膨張差に起因するスペーサ構体の損傷を防止することができ、熱負荷の大きい短時間での熱処理が可能となり、ＳＥＤの生産性を大幅に向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

前述した実施形態では、熱処理工程全般に渡って第１基板と第２基板との温度差を設定したが、スペーサ構体が最も損傷を受け易いのは加熱ピーク付近である。従って、加熱ピーク付近の高温領域で上述のような温度差を設定することが重要であり、それ以外の領域では必ずしも温度差を設けなくてもよい。

スペーサ構体は、第２基板に限らず、第１基板側に保持する構成としてもよい。この発明は、電子源として表面伝導型電子放出素子を用いたものに限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等の他の電子源を用いた画像表示装置にも適用可能である。

この発明の第１の実施形態に係るＳＥＤを示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＳＥＤの斜視図。 図１の線Ｂ−Ｂに沿った前記ＳＥＤの断面図。 前記ＳＥＤの第２基板およびスペーサ構体を示す斜視図。 前記ＳＥＤの製造工程を概略的に示すフローチャート。 前記製造工程に用いる真空チャンバを示す断面図。 加熱処理工程における第１および第２基板の温度変化、および第２基板とスペーサ構体との温度差の変化を示す図。 この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤの第２基板およびスペーサ構体を示す斜視図。 前記第２の実施形態に係るＳＥＤの断面図。

符号の説明

１０…第１基板、 １２…第２基板、 １４…側壁、 １５…真空外囲器、
１６…蛍光体スクリーン、 １８…電子放出素子、 ２２…スペーサ構体、
２６…電子ビーム通過孔、 ３０…スペーサ、 ３０ａ…第１スペーサ、
３０ｂ…第２スペーサ、 ３２…保持部、 ３２ａ…第１保持部、
３２ｂ…第２保持部、 ３４…固定台

Claims (4)

1. 隙間を置いて対向配置されているとともに周辺部同士が接合された第１基板および第２基板を有した外囲器と、前記第１および第２基板の間に設けられ前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ構体と、を備え、前記スペーサ構体は、画像表示領域の外側で前記第１および第２基板のいずれか一方に保持された複数の保持部を有している画像表示装置の製造方法において、
   前記第１基板および第２基板の少なくとも一方に前記保持部を介してスペーサ構体を保持し、
   前記スペーサ構体が保持された一方の基板と他方の基板とを、前記スペーサ構体を間に挟んで対向配置し、
   前記対向配置された第１基板および第２基板を高温領域まで昇温した後、降温して熱処理し、前記高温領域において、前記一方の基板よりも他方の基板を高温に加熱し、
   前記熱処理の後、前記第１および第２基板の周辺部同士を接合して外囲器を形成することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
2. 前記一方および他方の基板を前記高温領域から降温させる際、前記他方の基板の熱を記スペーサ構体に供給し、前記スペーサ構体の温度降下を抑制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。
3. 前記一方および他方の基板を同一温度で昇温した後、前記他方の基板の方が高温となるように前記一方および他方の基板を前記高温領域まで加熱す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の製造方法。
4. 前記第１および第２基板の熱処理および封着は、真空雰囲気を破らず、一貫して真空雰囲気中で行う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の製造方法。

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