JP2005353313A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い気密性を保持できるとともに量産性に適した画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置の真空外囲器は、隙間を置いて対向配置された前面基板１１および背面基板と、前面基板および背面基板の周縁部間に配設され、封着材により前面基板および背面基板に封着された枠体１３と、を備えている。枠体は、複数の枠部材１３ａ、１３ｂを接合して形成され、少なくとも２つの繋ぎ目を有している。
【選択図】 図４

Description

この発明は、対向配置された一対の基板と、基板間に配設された枠体とを有した平坦な形状の画像表示装置に関する。

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）、更に、ＦＥＤの一種として、表面伝導型の電子放出素子を用いた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ＦＥＤ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、矩形状の枠体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が設けられている。

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。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。そして、蛍光体スクリーンを構成する赤、緑、青の蛍光体に多数の電子放出素子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。

このような表示装置では、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、軽量化、薄型化を達成することができる。

上記ＦＥＤでは、外囲器の内部を高真空にすることが必要となる。外囲器を真空にする手段として、外囲器を構成する前面基板と背面基板との最終組み立てを真空槽内にて行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。上記の方法では、封着材として、封着、封止一括処理に適したＩｎ等の低融点金属材料が用いられている。このような方法で作成された真空外囲器は、封着工程および真空封止工程を兼ねるうえ、排気管を用いて外囲器内を排気する場合のような時間を必要とせず、かつ、極めて良好な真空度を得ることができる。

しかし、ガラスの枠体は高価であることや、枠体と一方の基板を予め大気中で接合する工程を含んでいることから製造コストが高いことなどの問題が残っていた。これらの問題を解決する手段として、金属製の枠体を用いて基板と枠体との接合を真空槽内で同時に行う方法が提案されている（例えば、特許文献２）。この場合、Ｉｎに通電することでＩｎを溶融させ封着を行う。
特開２００１−２２９８２５号 特開２００３−０６８２３８号

上記のように、基板および枠体を真空雰囲気中で封着する場合、枠体が少しでも変形すると、真空ベーキング時、溶融したＩｎが枠枠の変形状態に倣って移動し、Ｉｎの高さ、厚さにバラツキが発生する。この状態で通電加熱封着をすると、Ｉｎが全領域において同時に溶融することができず、封着時間の超過により量産性が低下する。また、局所的な過剰発熱でＩｎの濡れ性が劣化し、封着不良による真空リークや、熱歪応力増大による基板破壊が発生することがある。

更に、枠体を封着工程から投入した場合、通電加熱によるＩｎ溶融直後に、上下の基板から固体Ｉｎを介して押圧されていた枠体が自由状態となる。この際、Ｉｎの移動が生じ、上記と同様な問題が発生してしまう。そのため、大型の表示装置に用いられる枠体を、封着位置に合わせて高い精度で加工する技術が必要となる。また、枠体は細く、かつ、剛性が低いため、設計通りの枠体ができたとしても、取扱いが面倒であり、基板封着用の真空槽へ投入する前の搬送時に変形する虞がある。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、高い気密性を保持できるとともに量産性に適した平面型の画像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板と、前記前面基板および背面基板の周縁部間に配設され、封着材により前記前面基板および背面基板に封着された枠体と、を備え、前記枠体は、複数の枠部材を接合して形成され、少なくとも２つの繋ぎ目を有している。

本発明によれば、高い気密性を保持できるとともに量産性に適した平面型の画像表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の画像表示装置をＦＥＤに適用した実施形態について詳細に説明する。
図１および図２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。前面基板１１および背面基板１２は、側壁として機能する矩形状の枠体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。

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、真空外囲器の長辺と平行な方向に延在しているとともに、短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。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。

図２および図３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、マトリクス状に配列されているとともにそれぞれ赤、青、緑の３色に発光する矩形状の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、およびこれらの蛍光体層間に位置した遮光層２０を有している。蛍光体スクリーン１６上には、例えば、アルミニウムで形成されたメタルバック１７およびゲッタ膜１９が順に重ねて形成されている。

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。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。

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、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。図２および図４に示すように、枠体１３は、複数、例えば、２つの枠部材１３ａ、１３ｂによって構成されている。枠部材１３ａ、１３ｂは、それぞれほぼＬ字形状に形成されているとともに各端部は、直線部に対して約４５度外側へ折り曲げられている。枠部材１３ａ、１３ｂは、それぞれ断面が円形の金属棒あるいはワイヤにより形成され、表面に銀メッキ層１５が形成されている。これらの枠部材１３ａ、１３ｂは、それぞれ端部同士を突き合わせた状態で配置され、共同して矩形状の枠体１３を構成している。枠部材１３ａ、１３ｂの端部同士は、前面基板１１の表面と平行な方向に沿って重ねて配置されている。前面基板１１と枠体１３との間、および背面基板１２と枠体１３との間は、封着面上に形成された下地層３１とこの下地層上に形成されたインジウム層３２とが融合した封着層３３によって封着されている。また、枠部材１３ａ、１３ｂの端部同士はインジウム（Ｉｎ）により封着されている。

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を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することにより、露光、現像して蛍光体スクリーン１６を生成する。

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。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。

次いで、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。

電子放出素子２２を形成した後、背面基板１２上に複数の支持部材１４を配置する。続いて、枠体１３を構成する２本の枠部材１３ａ、１３ｂを形成する。各枠部材１３ａ、１３ｂは、断面が円形の金属棒を枠体１３のサイズに合わせてほぼＬ字形状に折り曲げて形成する。各枠部材１３ａ、１３ｂは、例えば、前面基板および背面基板を構成するガラスパネルと熱膨張係数がほぼ等しいＮｉＦｅ合金により形成されている。

次に、各枠部材１３ａ、１３ｂの表面を銀メッキ処理する。この場合、まず、ＮｉＦｅ合金の丸棒を純水およびアルコールで洗浄して乾燥させる。そして、メッキ液槽に丸棒を入れ、電解メッキ処理により、丸棒の表面に銀メッキ膜を約２〜７μｍの厚さで形成する。その後、丸棒を純水およびアルコールで洗浄して乾燥させる。これにより、表面に銀メッキ層１５が形成された枠部材１３ａ、１３ｂが得られる。

枠部材１３ａ、１３ｂは、同一寸法、同一形状に形成され、共通部品として扱うことができる。また、枠体１３を２つの部品に分わけ構成することで、枠体の加工性、成形性を高めることができる。枠部材の表面を銀メッキ処理することにより、後述する金属封着材と枠部材との親和性が良くなり、気密性の高い封着が可能となる。

続いて、前面基板１１の内面周縁部に位置した封着面、および背面基板１２の内面周縁部に位置した封着面に、スクリーン印刷法により銀ペーストをそれぞれ塗布し、枠状の下地層３１を形成する。続いて、各下地層３１の上に、導電性を有した金属封着材としてインジウムを塗布し、それぞれ下地層の全周に亘って延びたインジウム層３２を形成する。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。

次に、一方の基板、例えば、前面基板１１のインジウム層３２上に、第１および第２枠部材１３ａ、１３ｂを載置する。その際、図４に示したように、第１および第２枠部材１３ａ、１３ｂは、端部同士を突き合わせて配置し、矩形状の枠体を形成する。同時に、前面基板１１に対して第１および第２枠部材１３ａ、１３ｂを位置合わせする。

続いて、図５に示すように、封着面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された背面基板１２と、インジウム層３２の上に枠体１３が載置された前面基板１１とを、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に配置する。この際、例えば、前面基板１１を上向きとして背面基板１２の下方に配置する。この状態で前面基板１１および背面基板１２を治具等により保持し、真空処理装置に投入する。

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。

枠体１３が載置された前面基板１１および背面基板１２をロード室１０１に投入した後、ロード室１０１内を排気して真空雰囲気とする。次いで、前面基板１１および背面基板１２はベーキング、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、背面基板１２および前面基板１１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。

この温度ではインジウム層（融点約１５６℃）３２が溶融する。しかし、インジウム層３２は親和性の高い下地層３１上に形成されているため、インジウムが流動することなく、第１および第２枠部材１３ａ、１３ｂはインジウムにより前面基板１１に接着される。第１および第２枠部材１３ａ、１３ｂ間の繋ぎ目部分にはインジウムが濡れ広がる。なお、枠部材からの放出ガスによりシール性が劣化するため、インジウムと枠部材とを接着する前に枠部材を予めベーキングし、ガス出しを行っておくことが望ましい。但し、ベークプロセスが２００度程度以下の場合はその限りでない。以下、枠体１３が接着された前面基板１１を前面基板側組立体と称する。

べーキング、電子線洗浄室１０２では、加熱と同時に、図示しない電子線発生装置から、前面基板側組立体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。

電子線洗浄後、前面基板側組立体および背面基板１２は冷却室１０３に送られ、例えば約１００℃の温度まで冷却される。続いて、前面側組立体および背面基板１２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。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。

次に、前面基板側組立体および背面基板１２は組立室１０５に送られる。ここで、前面基板側組立体および背面基板１２を重ね合せた状態で、インジウム層３２および枠体１３に通電してこれらを加熱する。これにより、インジウム層３２が再び液状に溶融あるいは軟化され、前面基板側組立体および背面基板１２とが枠体１３を介して互いに封着され、真空外囲器１０が形成される。通電加熱は、例えば、枠体１３の繋ぎ目のある角部に電極を配置することで行う。

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。

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が得られる。

また、枠体１３は、複数、例えば、２つの枠部材に分わけ構成されている。そのため、単一部材によって矩形枠状に一体成形された枠体に比較して、枠部材は搬送、組立て等の取扱いが容易であるとともに、搬送時および組立て時の変形を防止することができる。同時に、枠体の加工性、成形性を高めることができる。従って、所望形状の枠体を所定位置に高い精度で封着することができ、その結果、５０インチ以上の大型の表示装置であっても、容易にかつ確実に封着でき、高い気密性および量産性が得られる。更に、枠部材の表面を銀メッキ処理することにより、封着材と枠部材との親和性が良くなり、気密性の高い封着が可能となる。

なお、枠部材はＮｉＦｅ合金に限らず、メッキ処理ができ、かつ、基板との熱膨張係数が比較的近い他の材料を用いてもよい。例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、ステンレスの何れか含む単体もしくは合金等の導電性を有した金属、あるいはガラス、セラミック等の導電性を持たない材料を用いることができる。また、枠部材の断面形状は、円形に限らず、矩形、楕円形等、必要に応じて変更可能である。更に、枠部材は中実に限らず、中空に形成されていてもよい。メッキ層は、銀に限らず、金、白金、パラジウム、ニッケル等、封着材と濡れ性を確保できるものであれば良い。更に、枠部材の濡れ性を確保でき、真空シールできれば、メッキ層を省略し直接封着材をつけても良い。封着材はインジウムに限らず、インジウム合金、無機接着材等を用いてもよく、真空度を劣化させず、かつ、シール性劣化のないものであれば他の材料をもちいてもよい。

枠体１３は、２分割に限らず、３つ以上に分割されていてもよい、つまり、３つ以上の枠部材で構成してもよい。また、枠部材は、Ｌ字形状に限らず、直線形状、Ｕ字形状等、他の形状としてもよい。各枠部材の端部は、斜めに折り曲げられていても、あるいは、直線状のままのいずれでもよい。

例えば、図７に示す第１の変形例によれば、枠体１３は４つの枠部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにより構成されている。枠部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、それぞれ直線状に形成され、枠体１３の長辺、短辺をそれぞれ構成している。また、各枠部材の両端は、直線部に対してほぼ４５度に折曲げられている。枠部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、枠体１３の各角部において、端部同士が基板表面と平行な方向に沿って突き合わされている。枠体１３の各繋ぎ目は、封着材により封着され、かつ、隙間が埋められている。

枠部材同士の繋ぎ目は、枠体１３の角部に限らず、辺上にあってもよい。図８に示す第２の変形例によれば、枠体１３は２つの枠部材１３ａ、１３ｂにより構成され、各枠部材はほぼＵ字形状に形成されている。そして、枠部材１３ａ、１３ｂは、枠体１３の長辺部において、端部同士が基板表面と平行な方向に沿って突き合わされている。枠体１３の各繋ぎ目は、封着材により封着され、かつ、隙間が埋められている。

図９に示す第３の変形例によれば、枠体１３は４つの枠部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにより構成され、各枠部材はほぼＬ字形状に形成されている。枠部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、枠体１３の長辺部、短辺部において、端部同士が基板表面と平行な方向に沿って突き合わされている。枠体１３の各繋ぎ目は、封着材により封着され、かつ、隙間が埋められている。
図１０に示す第４の変形例のように、枠部材の端部同士は、所定幅に渡り基板表面と平行な方向で、かつ、枠体の辺部と直行する方向に重なった状態で互いに連結してもよい。

第１ないし第４の変形例において、ＦＥＤの他の構成は前述した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。第１ないし第４の変形例においても、前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。基板に対する枠体の位置決めを考慮した場合、枠体は２分割程度が望ましい。逆に、枠部材の搬送性、取扱い易さを考慮した場合、枠体の分割数は多い方が望ましい。

なお、本発明は前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、前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。

例えば、上述した実施の形態では、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の製造にも適用可能である。

この発明の実施形態に係るＦＥＤを一部破断して示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図。 前記ＦＥＤの蛍光体スクリーンを示す平面図。 前記ＦＥＤの前面基板および枠体を示す平面図。 真空装置投入直前の背面基板と枠体を載せた前面基板とを対向配置した状態を示す断面図。 上記ＦＥＤの製造に用いる真空処理装置を概略的に示す図。 この発明の第１の変形例に係るＦＥＤの前面基板および枠体を示す平面図。 この発明の第１の変形例に係るＦＥＤの前面基板および枠体を示す平面図。 この発明の第１の変形例に係るＦＥＤの前面基板および枠体を示す平面図。 この発明の第１の変形例に係るＦＥＤの前面基板および枠体を示す平面図。

符号の説明

１０…真空外囲器、 １１…前面基板、 １２…背面基板、 １３…枠体、
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…枠部材、 １４…支持部材、
１６…蛍光体スクリーン、 ２２…電子放出素子、 ３１…下地層、
３２…インジウム層、 ３３…封着層

Claims (14)

1. 隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板と、
   前記前面基板および背面基板の周縁部間に配設され、封着材により前記前面基板および背面基板に封着された枠体と、を備え、
   前記枠体は、複数の枠部材を接合して形成され、少なくとも２つの繋ぎ目を有している画像表示装置。
2. 前記枠部材はそれぞれ一対の端部を有し、前記枠部材の端部は、他の枠部材の端部と前記前面基板の表面と平行な方向に沿って互いに重なって接合されている請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記枠体は、この枠体の各辺部をそれぞれ構成した４つの直線状の枠部材を有している請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記枠体は、それぞれＬ字形状に形成された２つの枠部材を有し、２つの枠部材の端部同士は互いに接合され前記枠体の角部を形成している請求項１又は２に記載の画像表示装置。
5. 前記枠体は、それぞれほぼＵ字形状に形成された２つの枠部材を有し、２つの枠部材の端部同士は互いに接合され前記枠体の対向する２つの辺部に位置している請求項１又は２に記載の画像表示装置。
6. 前記枠体は、それぞれＬ字形状に形成された４つの枠部材を有し、４つの枠部材の端部同士は互いに接合され前記枠体の各辺部にそれぞれ位置している請求項１又は２に記載の画像表示装置。
7. 前記枠体と前面基板との間、前記枠体と背面基板との間は、それぞれ封着材により封着され、前記枠部材の端部同士は前記封着材により接合されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記枠部材は、金属により形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記枠部材は、前記前面基板および背面基板の熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有した金属により形成されている請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記枠部材の表面は、前記封着材に対する濡れ性を有した金属によりメッキされている請求項８又は９に記載の画像表示装置。
11. 前記枠部材は、ガラスにより形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
12. 前記封着材は低融点金属である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
13. 前記封着材は導電性を有していることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
14. 前記前面基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記背面基板の内面上に設けられ前記蛍光体層を励起する複数の電子源とを備えている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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