JP2006107776A

JP2006107776A - 画像表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2006107776A
Application number: JP2004289117A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Sakurai; 直明桜井; Hideaki Hirabayashi; 英明平林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】画像表示装置の性能を低下させることなく、その背面基板の配線材料を変更し、低コストで良好な画像表示装置を得る。
【解決手段】銅含有ペーストを印刷して配線パターンを形成した後、還元雰囲気で焼成を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示装置の製造方法に係り、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。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べ、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。電子放出素子には様々な種類があるが、いずれも基本的には電界放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、一般に、フィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれている。ＦＥＤの内、表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）とも呼ばれているが、本願においてはＳＥＤも含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤ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、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士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。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。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、これらの基板の間には複数の支持部材が配設されている。

前面基板の内面には赤色発光蛍光体層、青色発光蛍光体層、及び緑色発光蛍光体層を含む蛍光面が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子を放出する多数の電子放出素子が設けられている。また、多数の走査線および信号線がマトリックス状に形成され、各電子放出素子に接続されている。

蛍光面にはアノード電圧が印加され、電子放出素子から出た電子ビームがアノード電圧により加速されて蛍光面に衝突することにより、蛍光体が発光し、映像が表示される。

このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、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陰極線管（ＣＲＴ）と比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。

このような背面基板は、基板上に、例えば素子電極を前面スパッタし、フォトリソグラフ法によりパターニングし、銀フォトペーストを全面塗工して、フォトリソグラフ法によりパターニングしてＸ配線を形成し、誘電体フォトペーストを適用して、Ｘ配線上及びＹ配線下に誘電体層を各々パターニングし、次に、銀ペーストを用いてＹ配線を印刷した後、導電体素子膜を形成して、得られた導電体素子膜を分割し、電子放出素子を設けることにより得られる。しかしながら、このような銀ペーストは高価であり、得られる画像表示装置のコスト高を招いていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、画像表示装置の性能を低下させることなく、その背面基板の配線材料を変更し、低コストで良好な画像表示装置を製造することを目的とする。

本発明の画像表示装置の製造方法は、基板上に電極対を形成し、該電極対の一方と接続するための第１の配線を形成し、該第１の配線層上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜上に、該第１の配線と交差するように設けられた、該電極対の他の一方と接続するための第２の配線を形成することにより背面基板を形成する工程を含む画像表示装置の製造方法において、前記第１及び第２の配線の少なくとも一方は、銅含有ペーストを印刷して配線パターンを形成した後、還元雰囲気で焼成を行うことにより形成されることを特徴とする。

本発明では、銅を含むペーストを印刷して配線パターンを形成した後、この配線パターンを還元雰囲気下で焼成することにより、例え配線パターン中の銅が酸化物を形成していても、この銅酸化物を還元しながら銅配線層を形成することができるので、導電性を損なうことなく低コストな配線基板を有する画像表示装置が得られる。

本発明の画像表示装置の製造方法は、基板上に電極対を形成し、電極対の一方と接続するための第１の配線を形成し、第１の配線層上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜上に、第１の配線と層間絶縁膜を介して交差するように設けられた、電極対の他の一方と接続するための第２の配線を形成することにより背面基板を形成する工程を含み、第１及び第２の配線の少なくとも一方は、銅含有ペーストを印刷して配線パターンを形成した後、還元雰囲気で焼成を行うことにより形成される。

本発明に好ましく使用される銅含有ペーストは、例えば銅粒子及び銅酸化物粒子のうち少なくとも１つ、有機溶剤、及び任意に感光性樹脂等を含む分散液であり、銅粒子及び銅酸化物粒子の濃度、ペーストの粘度等は、使用する印刷法に適合して調整され得る。また、銅酸化物としては、比較的安定なＣｕＯ、及びＣｕ₂Ｏを好ましく使用し得る。

印刷して配線パターンを形成する方法の例としては、銅含有ペーストを用いて例えばスクリーン印刷あるいは転写等を行うことにより所望の印刷パターンを形成する方法、あるいは、感光性樹脂を含む銅含有ペーストを例えばスクリーン印刷等を用いて全面印刷した後、露光及び現像することにより、所望のパターンを形成する方法等があげられる。

還元雰囲気としては、例えば水素ガス、水素ガスと不活性ガスの混合ガス等を使用することができる。

不活性ガスとしては、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、及びキセノン等を使用することができる。

また、還元雰囲気を構成するガス中の水素濃度は３体積％以下であることが好ましい。

以下、図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。

図１ないし図４に、本発明に用いられる背面基板の製造工程の一例を説明するための模式図を示す。

この図１ないし図４では、背面基板を簡略してその一部のみを示している。

例えば２．８ｍｍないし１．８ｍｍ厚のガラス基板４０を用意し、任意に、ガラス表面にナトリウムをブロックするための図示しないＳｉＯ₂膜を形成する。

次に、図１に示すように、互いに列方向に平行に配置された一対の第１の素子電極４２及び第２の素子電極４３を、ＳｉＯ₂膜が形成されたガラス表面に複数列および複数行に配列して形成する。一対の第１の素子電極４２及び第２の素子電極４３は、例えば白金、チタン、金、酸化ルテニウム、酸化亜鉛、酸化パラジウム、酸化インジウム、酸化錫から選択される少なくとも１種の導電性材料、及び列方向配線４５は、例えば銀、銅、金、コバルト、ニッケル、アルミニウムから選択される少なくとも１種の導電性材料を用いて、例えばフォトリソグラフィー法により数十μｍの幅で、約１０μｍの間隔で、数十ｎｍの厚さで形成することができる。

さらに、図２に示すように、共通配線としての複数の列方向配線４５を各第１の素子電極４２と接続するように複数のライン状パターンで形成する。列方向配線４５を形成するためには、まず、例えばＣｕ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯと数百℃で熱分解する有機材料含む銅含有ペーストを用いて、例えばスクリーン印刷法により全面印刷し、続いて、露光、現像によりパターニングすることにより、列方向配線パターンを形成する。その後、例えばＨ２、Ｎ２混合ガス雰囲気で、約３００〜６００℃で列方向配線パターンを焼成する。これにより、４０〜６０μｍの幅で、数μｍの厚さで列方向配線４５としての銅配線層を形成することができる。

次に、列方向配線４５とその上に形成されるべき行方向配線とを絶縁するため、図３に示すように、行方向配線と列方向配線４５との交差部を覆うように、層間絶縁膜４７を形成する。この層間絶縁膜４７は、例えば酸化シリコン、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化リン、酸化錫から選択される少なくとも１種の絶縁材料を用いて、例えば印刷法、及びフォトリソグラフィー法により形成され得る。得られた層間絶縁膜４７を例えば３５０〜５５０℃で焼成することができる。

続いて、図３に示すように、層間絶縁膜４７を介して、列方向配線４５と交差させるように、行方向配線４６を形成する。行方向配線４６は、例えばＣｕ、Ｃｕ₂Ｏ、ＣｕＯと数百℃で熱分解する有機材料含む銅含有ペーストを用いて、例えばスクリーン印刷法により、行方向配線パターンを形成する。続いて、例えばＨ₂、Ｎ₂混合ガス雰囲気で、約３００〜６００℃で列方向配線パターンを焼成する。これにより、各々２００〜４５０μｍの幅、数十μｍの厚さで、行方向配線４６としての銅配線層を形成することができる。

行方向配線４６形成後、前面基板との接合に用いる図示しない枠下地を形成することができる。

このようにして、基板上に、列方向配線、層間絶縁膜、及び行方向配線を順次形成することにより、マトリクス配線を有する基板を形成することができる。

その後、図４に示すように、第１の素子電極４２の他の一部から第２の素子電極４３の他の一部にかけて同様に導電性材料を塗布して導電性薄膜４１を形成し、両者を電気的に接続することができる。

導電性薄膜は、例えばパラジウム、酸化ルテニウム等から選択される少なくとも１種の導電性材料を含む材料を用いて、例えばインクジェット法等により、約４〜数十ｎｍ厚さで形成され得る。

また、インクジェット法を用いる場合には、導電性薄膜を形成する前に、マトリクス配線を有する基板表面を任意に洗浄し、撥水剤を含む溶液で処理して、表面のぬれ性を抑制することができる。

また、導電性薄膜形成用インクの例として、例えばルテニウム錯体、パラジウム等の金属含有成分を含む組成物を使用し、これをインクジェット装置に適用して第１の素子電極４２と第２の素子電極４３の間に導電性薄膜形成用インクの液滴を付与することができる。

これらの導電性薄膜を形成した後、任意に、例えばＨ₂、Ｎ₂混合ガス雰囲気で、約３００〜６００℃で焼成することができる。

その後、導電性薄膜４１を通電処理して内部に亀裂を生じさせ、電子放出部を形成することにより、背面基板４が得られる。

得られた背面基板と、その内面に赤色発光蛍光体層、青色発光蛍光体層、及び緑色発光蛍光体層を含む蛍光面が形成された前面基板とを対向配置し、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接合し、一対の基板と基板間を封止する側壁とにより真空外囲器を構成させ、本発明にかかる画像表示装置が得られる。

このように、本発明の方法を用いると、銅粒子、または銅酸化物粒子を含むペーストを印刷して配線パターンを形成した後、この配線パターンを還元雰囲気下で焼成することにより、配線パターン中の銅粒子または銅酸化物粒子を、酸化させることなくあるいは還元しながら焼結させて、安定した銅配線層を形成することができる。これにより、背面基板の配線材料として、安価な銅を使用し、画像表示装置の性能を低下させることなく、低コストで良好な画像表示装置が得られる。

図５ないし図７を参照して、本発明にかかる画像表示装置の一例として、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）について説明する。図５は、前面基板２を部分的に切り欠いた状態のＳＥＤの真空外囲器１０（以下、表示パネル１０と称する場合もある）を示す斜視図であり、図６は、図５の真空外囲器１０を線II-IIで切断した断面図であり、図７は、図５の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。

図５ないし図７に示すように、表示パネル１０は、それぞれ矩形のガラス板からなる前面基板２および背面基板４を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて互いに平行に対向配置されている。なお、背面基板４は、例えば上記図１ないし図４で表される工程により製造され、前面基板２より１回り大きいサイズを有する。また、前面基板２および背面基板４は、ガラスからなる矩形枠状の側壁６を介して周縁部同士が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造の真空外囲器を構成している。

前面基板２の内面には画像表示面として機能する蛍光体スクリーン１２が形成されている。この蛍光体スクリーン１２は、赤、青、緑の蛍光体層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あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン１２上には、アルミニウム等からなるメタルバック１４が形成されている。

背面基板４の内面には、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起発光させるための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１６が設けられている。これらの電子放出素子１６は、画素毎、すなわち蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ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１６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４の内面上には、各電子放出素子１６に駆動電圧を与えるための多数本の配線１８がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引き出されている。

接合部材として機能する側壁６は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材１９により、前面基板２の周縁部および背面基板４の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。本実施の形態では、背面基板４と側壁６をフリットガラス１９ａを用いて接合し、前面基板２と側壁６をインジウム１９ｂを用いて接合した。もし、配線１８のある背面基板４と側壁６を低融点金属で封着する場合は、配線１８と封着材１９の電気ショートを避けるため、中間層として絶縁層を設ける必要がある。

また、表示パネル１０は、前面基板２と背面基板４の間にガラスからなる複数の細長い板状のスペーサ８を備えている。本実施の形態において、スペーサ８は、複数の細長いガラス板としたが、矩形板状の金属板からなるグリッド（図示せず）と、グリッドの両面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサ（図示せず）と、で構成しても良い。

各スペーサ８は、上述したメタルバック１４、および蛍光体スクリーン１２の遮光層１１を介して前面基板２の内面に当接する上端８ａ、および背面基板４の内面上に設けられた配線１８上に当接する下端８ｂを有する。しかして、これら複数のスペーサ８は、前面基板２および背面基板４の外側から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。

さらに、ＳＥＤは、前面基板２のメタルバック１４と背面基板４との間にアノード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、例えば、背面基板４の電位を０Ｖに設定し、メタルバック１４の電位を１０ｋＶ程度にするよう、両者の間にアノード電圧を印加する。

そして、上記ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、配線１８に接続した図示しない駆動回路を介して電子放出素子１６の素子電極間に電圧を与え、任意の電子放出素子１６の電子放出部から電子ビームを放出するとともに、メタルバック１４にアノード電圧を印加する。電子放出部から放出された電子ビームは、アノード電圧により加速され、蛍光体スクリーン１２に衝突する。これにより、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

また、上記構造の表示パネル１０を製造する場合、予め、蛍光体スクリーン１２およびメタルバック１４の設けられた前面基板２を用意し、電子放出素子１６および配線１８が設けられているとともに側壁６およびスペーサ８が接合された背面基板４を用意しておく。そして、前面基板２、および背面基板４を図示しない真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁６を介して前面基板２を背面基板４に接合する。これにより、複数のスペーサ８を備えた表示パネル１０が製造される。

本発明に用いられる背面基板の製造工程の一例を説明するための模式図本発明に用いられる背面基板の製造工程の一例を説明するための模式図本発明に用いられる背面基板の製造工程の一例を説明するための模式図本発明に用いられる背面基板の製造工程の一例を説明するための模式図本発明にかかる画像表示装置の一例を表す部分切欠図図５のII-II断面図図５の断面の部分拡大断面図

符号の説明

２…前面基板、４…背面基板、６…側壁、８…スペーサ、１０…真空外囲器（表示パネル）、１２…蛍光体スクリーン、１４…メタルバック、１６…電子放出素子、１８…配線、４０…ガラス基板、４１…導電性薄膜、４２…第１の素子電極、４３…第２の素子電極、４５…第１の配線、４６…第２の配線、４７…層間絶縁膜

Claims

基板上に電極対を形成し、該電極対の一方と接続するための第１の配線を形成し、該第１の配線層上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜上に、該第１の配線と交差するように設けられた、該電極対の他の一方と接続するための第２の配線を形成することにより背面基板を形成する工程を含む画像表示装置の製造方法において、前記第１及び第２の配線の少なくとも一方は、銅含有ペーストを印刷して配線パターンを形成した後、還元雰囲気で焼成を行うことにより形成されることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
前記還元雰囲気は、水素ガス、または水素ガスと不活性ガスの混合ガスから実質的にな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。
前記混合ガス中の水素ガスの濃度は、３体積％未満であ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。