JP2006107952A - 表示装置、および表示装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、封着の信頼性が高い表示装置、およびその製造装置を提供することを課題とする。
【解決手段】前面基板２および背面基板４の周縁部同士を封着する封着装置２０は、背面基板４を支持する複数本の加圧ピン２３および下ヒータ２５を備えた下ベース２１、および静電チャック２６および複数本の受ピン２８を備えた上ベース２２を有する。２枚の基板２、４は、周縁部に配置された加圧ピン２３および受ピン２８により、封着材に埋設されたスペーサ３２の位置で押圧され、静電チャック２６と残りの加圧ピン２３により中央部が押圧される。
【選択図】 図４

Description

この発明は、偏平な平面パネル構造の真空外囲器を有し、背面基板に設けた電子放出素子から電子を放出させて前面基板に設けた蛍光体層を励起発光させることによりカラー画像を表示する表示装置、およびその製造装置に関する。

近年、偏平な平面パネル構造の真空外囲器を有する表示装置として、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等が知られている。

ＦＥＤは、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する。これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部を互いに接合され、内部を真空にされて偏平な平面パネル構造の真空外囲器を構成している。

前面基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、背面基板の内面には、蛍光体層を励起発光させる電子の放出源として、画素毎に対応する多数の電子放出素子が整列配置されている。また、背面基板の内面上には、電子放出素子を駆動するための多数本の配線がマトリックス状に設けられている。

さらに、前面基板と背面基板の間には複数の細長い板状の支持部材が配設されている。これら複数の支持部材は、互いに略平行且つ互いに離間して配置され、前面基板および背面基板の内面に当接することで大気圧荷重を支えて基板間の隙間を維持するよう機能する（例えば、特許文献１参照。）。

このＦＥＤの製造工程において、背面基板の内面に複数の板状の支持部材を取り付けて周縁部に枠状の側壁を取り付けた後、側壁上面と前面基板の周縁部とを封着する際、低融点金属からなる封着材を溶融して両者を封着するため、封着材の分だけ側壁の高さが支持部材の高さより僅かに低く設定してある。このため、封着材を溶融する際、２枚の基板の周縁部を押さえてしまうと周縁部が歪んで封着材が背面基板上に流れ落ち、配線ショートを生じてしまう場合がある。

この不具合を防止するため、封着材を適量にコントロールした上で、支持部材が配置された基板の中央部位で２枚の基板を押さえて封着材を加熱溶融する方法も考えられるが、熱応力により押さえていない基板周縁部が歪んで反りを生じ、封着の信頼性が損なわれるとともに、最悪の場合、支持部材と基板の間に隙間が生じ、パネルの耐圧にも影響が出てしまう。
特開２００３−０６８２３８号公報（段落［００２６］）

この発明の目的は、封着の信頼性が高い表示装置、およびその製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明の表示装置は、前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともにその周縁部同士が封着材によって封着された背面基板と、を有する真空外囲器と、この真空外囲器内に配置された複数の表示素子と、外気圧に抗して上記前面基板と背面基板との間のギャップを一定に保持する複数の支持部材と、を備え、上記封着材中に、上記前面基板および背面基板間の上記周縁部におけるギャップを上記複数の支持部材によって保持したギャップと同じギャップに規定するためのスペーサが設けられている。

上記発明によると、前面基板と背面基板の周縁部を封着する封着材中に基板周縁部のギャップを一定に保持するためのスペーサを設けたため、周縁部を押さえて両者を封着でき、封着の信頼性を高めることができる。

また、この発明の表示装置の製造装置は、前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともにその周縁部同士が封着材により封着された背面基板と、を有する真空外囲器と、この真空外囲器内に配置された複数の表示素子と、外気圧に抗して上記前面基板と背面基板との間のギャップを一定に保持する複数の支持部材と、を備えた表示装置の製造装置であって、上記複数の支持部材が配置された位置で上記前面基板と背面基板を押圧する第１の押圧機構と、上記前面基板と背面基板の周縁部で上記封着材中に埋設されたスペーサを介して上記前面基板と背面基板を押圧し、この周縁部における基板間のギャップを上記複数の支持部材によって規定されるギャップと同じ値に保持する第２の押圧機構と、上記前面基板と背面基板の周縁部同士を封着する封着機構と、を有する。

上記発明によると、支持部材が配置された位置で第１の押圧機構によって２枚の基板を押圧保持するとともに、周縁部でスペーサを介して第２の押圧機構によって２枚の基板を押圧保持するため、基板中央部と周縁部において両者のギャップを一定にでき、基板の歪みを防止して封着の信頼性を高めることができる。

この発明の表示装置、およびその製造装置は、上記のような構成および作用を有しているので、前面基板と背面基板の周縁部における封着の信頼性を高めることができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
始めに、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態に係る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１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２は、図１の真空外囲器１０を線II-IIで切断した断面図であり、図３は、図２の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。

図１乃至図３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、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１０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。なお、上述した蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および電子放出素子１６は、本発明の表示素子として機能する。

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部材からなる支持部材８を備えている。本実施の形態において、各支持部材８の長手方向両端は、側壁６の手前で終わっている。言い換えると、各支持部材８の両端は、側壁６から僅かに離間している。

各支持部材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２ａに当接する上端８ａ、および背面基板４の内面４ａ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、これら複数の支持部材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および複数の支持部材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対向配置し、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、複数の支持部材８を備えた表示パネル１０が製造される。

図４には、この発明の実施の形態に係る表示装置の製造装置として、前面基板２と背面基板４を封着する封着装置２０の要部の構造を部分的に拡大した断面図を示してある。
封着装置２０は、背面基板４の外面４ｂ側を支持する支持構造を取り付けた下ベース２１と、前面基板２の外面２ｂを吸着保持し、下ベース２１に対して離接可能且つ下ベース２１に対向した位置から退避可能に設けられた上ベース２２と、を有する。下ベース２１および上ベース２２は、それぞれ図４に示す状態で対向する内面２１ａ、２２ａを有し、これら内面が互いに平行且つ向き合うように対向配置される。

下ベース２１の内面２１ａからは、複数本の加圧ピン２３が下ベース２１に対して突没可能に取り付けられている。加圧ピン２３は、支持部材８が配置された位置、および側壁６が配置された位置にそれぞれ対向配置され、各位置で背面基板４の外面４ｂを図中上方に押し上げる方向に付勢される。すなわち、各加圧ピン２３には、ばね２４が取り付けられており、各ばね２４が対応する加圧ピン２３を図中上方に付勢する。より詳細には、側壁６に対向した加圧ピン２３は、それぞれ、支持部材８の端部８１に対向する位置に配置される。

また、下ベース２１の内面２１ａには、背面基板４の外面４ｂ側から基板周縁部を加熱するための下ヒータ２５が設けられている。下ヒータ２５は、側壁６が配置された位置に対向して後述する上ヒータ２７（図５参照）と同様に枠状に設けられ、背面基板４の外面４ｂから僅かに離間して下ベース２１の内面２１ａに取り付けられている。なお、下ヒータ２５には、側壁６に対向する位置、すなわち基板周縁部に配置された加圧ピン２３を非接触で挿通するための複数の貫通孔２５ａが設けられている。

一方、上ベース２２の内面２２ａには、前面基板２の外面２ｂを静電気力によって吸着保持するための静電チャック２６が取り付けられている。静電チャック２６は、前面基板２の外面２ｂに面接する平らな吸着面２６ａを有し、この吸着面２６ａを前面基板２の外面２ｂに吸着せしめることにより、前面基板２を平らに倣わせるよう機能する。なお、静電チャック２６の吸着面２６ａは、前面基板２の外面２ｂより一回り小さく形成されており、前面基板２の中央部で外面２ｂを吸着保持する。

また、静電チャック２６より外側で上ベース２２の内面２２ａには、上ヒータ２７が枠状に取り付けられている。図５には、上ベース２２の図示を省略した状態における、静電チャック２６、上ヒータ２７、および前面基板２の位置関係を概略的に示してある。図５に示すように、上ヒータ２７は、複数のブロックに分割され、各ブロック内に図示しないチラーを通してブロック全体を加熱する構造を有する。なお、図５では図示を省略してあるが、図４に示すように、上ヒータ２７にも複数の貫通孔２７ａが形成されている。

さらに、上ベース２２の内面２２ａには、複数本の受ピン２８が突設されている。各受ピン２８は、上述した下ベース２１の周縁部に配設された複数本の加圧ピン２３にそれぞれ対向する位置に設けられている。なお、各受ピン２８は、上ヒータ２７を貫通して形成された貫通孔２７ａ内に非接触で設けられている。

上述したように、前面基板２および背面基板４の周縁部近くにおいて、上ベース２２の内面２２ａから突設された受ピン２８、および下ベース２１の内面２１ａから突設されて下ヒータ２５の貫通孔２５ａを通って延びた加圧ピン２３は、本発明の第１の押圧機構として機能する。また、静電チャック２６の吸着面２６ａ、および周縁部に設けられた加圧ピン以外の基板中央部に配置された加圧ピン２３は、本発明の第２の押圧機構として機能する。さらに、下ヒータ２５および上ヒータ２７は、本発明の封着機構として機能する。

第１の押圧機構の加圧ピン２３は、支持部材８が配設された部位で静電チャック２６との間で２枚の基板２、４を押圧保持する。また、第２の押圧機構の加圧ピン２３および受ピン２８は、支持部材８の長手方向両端に対向する部位で２枚の基板２、４を押圧保持する。特に、第２の押圧機構の各加圧ピン２３と受ピン２８の間には、後述するスペーサ３２が配置され、第２の押圧機構によって基板を押圧した際に両者の間のギャップを維持するようになっている。

ここで、上記構造の封着装置２０による封着動作について説明する。
まず、静電チャック２６を備えた上ベース２２を下ベース２１に対向する位置から退避させた状態で、下ベース２１の複数本の加圧ピン２３の上に図６に示す構造物３０をセットする。図６に示す構造物３０は、背面基板４の内面４ａに複数の細長い支持部材８および枠状の側壁６を取り付けたものであり、前面基板２の周縁部に接合する側壁６の上端６ａに封着材としてインジウム１９ｂ（図４参照）が予め充填されている。この構造物３０は、背面基板４の外面４ｂに複数本の加圧ピン２３の先端が当接する姿勢で配置される。なお、側壁６の上端６ａに充填された封着材１９ｂの上には、複数のスペーサ３２が配置さる。

各スペーサ３２は、前面基板２、背面基板４、および側壁６と熱膨張率が略同じ材料、本実施の形態では矩形ブロック状のガラスにより形成され、各支持部材８の長手方向両端に対向する位置にそれぞれ位置決め配置されている。スペーサ３２は、図４に詳細に示すように、支持部材８と側壁６の高さの差分に等しい高さを有し、基板周縁部における基板間のギャップを基板中央部におけるギャップと同じギャップに規定するよう機能する。

つまり、各スペーサ３２は、図４で説明したように基板周縁部に配置された加圧ピン２３と受ピン２８が対向する部位、すなわち周縁部の加圧ピン２３と受ピン２８による押圧力が作用する作用線上に位置決め配置されている。これにより、前面基板２と背面基板４の周縁部における基板間のギャップを維持した上で周縁部で２枚の基板２、４を押さえることができる。より詳細には、各スペーサ３２は、支持部材８の両端に対向する位置に配置され、支持部材８によって保持した基板間のギャップとスペーサ３２によって規定した基板間のギャップが同じにされている。

上述したように、図６に示す構造物３０が下ベース２１の複数本の加圧ピン２３上に配置されると、図７に概念図として示すように、静電チャック２６の吸着面２６ａに前面基板２を吸着せしめた上ベース２２が下ベース２１の上方に位置決め配置され、下ベース２１に向けて図中矢印方向に下降され、上述した第１および第２の押圧機構によって前面基板２および背面基板４が押圧保持される。このとき、前面基板２の内面２ａには、予め封着材としてのインジウム１９ｂが充填されており、側壁６の上端６ａに予め充填されたインジウム１９ｂとの間にスペーサ３２が介在される。

この際、下ベース２１の周縁部に取り付けた下ヒータ２５、および上ベースの周縁部に取り付けた上ヒータ２７が動作され、前面基板２および背面基板４を介して封着材１９ｂが加熱溶融され、スペーサ３２が溶融した封着材１９ｂ中に埋設される。これにより、図４に示すように、各スペーサ３２の上端が前面基板２の内面２ａに面接し、且つ各スペーサ３２の下端が側壁６の上端６ａに面接し、２枚の基板２、４がその周縁部において押圧されるとともに、前面基板２と背面基板４との間のギャップが、その中央部および周縁部において一定にされる。

この状態で基板２、４を押圧保持したまま下ヒータ２５および上ヒータ２７をＯＦＦにして、封着材１９ｂを冷却して固化させ、静電チャック２６による吸着を解除して上ベース２２を退避させ、表示パネル１０が取り出される。

以上のように、本実施の形態によると、背面基板４の周縁部に取り付けた側壁６の上端６ａと前面基板２の内面２ａ周縁部との間にスペーサ３２を配置したため、封着材１９ｂの分だけ側壁６の高さを支持部材８の高さより低くしても、前面基板２と背面基板４の周縁部を押圧することができ、基板周縁部が歪むことがない。これにより、複数の支持部材８によって規定された基板間のギャップと周縁部における基板間のギャップを同じギャップにでき、信頼性の高い封着を実現できる。

なお、この発明は、上述した実施の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、上述した実施の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、上述した実施の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良い。

例えば、上述した実施の形態では、スペーサ３２として矩形ブロック状のガラスを側壁６の上端６ａ上に複数配置した場合について説明したが、これに限らず、スペーサを周縁部に沿って枠状に設けても良い。この場合、例えば、金属材料を枠状にしたスペーサとし、図示しない通電装置によってスペーサに通電し、スペーサを発熱させて封着材を溶融するようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、スペーサ３２を前面基板２、背面基板４、および側壁６と同じ材料、すなわちガラスにより形成した場合について説明したが、これに限らず、ガラスの熱膨張率と略同じ熱膨張率を有する材料によりスペーサを構成しても良い。このように、周辺部材と同程度の熱膨張率を有する材料によりスペーサ３２を構成することで、封着時に与えられる熱により各部材が熱膨張する際に全ての部材を同程度に膨張させることができ、不所望な熱応力が作用して基板が歪むことを防止できる。

さらに、上述した実施の形態では、第２の押圧機構として、前面基板２および背面基板４の周縁部を複数本の加圧ピン２３および対応する複数本の受ピン２８により押圧する構造を採用したが、これに限らず、例えば、図８に示すように、下ヒータ２５および上ヒータ２７の厚さを適当な厚さに設定して、下ヒータ２５を背面基板４の外面４ｂに直接面接させ、且つ上ヒータ２７を前面基板２の外面２ｂに直接面接させ、２つのヒータ２５、２７を用いて２枚の基板２、４の周縁部を押圧するようにしてもよい。

この発明の実施の形態に係るＳＥＤの真空外囲器を示す外観斜視図。 図１の真空外囲器を線II−IIに沿って切断した断面斜視図。 図２の断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 前面基板および背面基板の周縁部を封着する封着装置の要部の構造を示す部分拡大断面図。 図４の封着装置の静電チャック、上ヒータ、および前面基板の位置関係を示す概略斜視図。 図４の封着装置にセットされる背面基板を含む構造物を示す概略斜視図。 図４の封着装置による封着動作を説明するための動作説明図。 封着装置の変形例を示す部分拡大断面図。

符号の説明

１…ＳＥＤ、２…前面基板、４…背面基板、６…側壁、８…支持部材、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、１９ｂ…インジウム、２０…封着装置、２１…下ベース、２２…上ベース、２３…加圧ピン、２５…下ヒータ、２６…静電チャック、２６ａ…吸着面、２７…上ヒータ、２８…受ピン。

Claims (10)

1. 前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともにその周縁部同士が封着材によって封着された背面基板と、を有する真空外囲器と、この真空外囲器内に配置された複数の表示素子と、外気圧に抗して上記前面基板と背面基板との間のギャップを一定に保持する複数の支持部材と、を備えた表示装置であって、
   上記封着材中に、上記前面基板および背面基板間の上記周縁部におけるギャップを上記複数の支持部材によって保持したギャップと同じギャップに規定するためのスペーサが設けられていることを特徴とする表示装置。
2. 上記封着材は、加熱により溶融する材料で形成されており、
   上記スペーサは、上記前面基板および背面基板と熱膨張率が略同じ材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記スペーサは、上記前面基板および背面基板の周縁部に沿って枠状に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 上記支持部材は、上記前面基板および背面基板間で互いに略平行に延設された複数の細長い板状部材であり、
   上記スペーサは、上記板状部材の長手方向端部に対向する位置で封着材中に埋設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
5. 上記封着材は、加熱により溶融する材料で形成されており、
   上記スペーサは、通電により発熱する金属材料を上記周縁部に沿って枠状に設けてなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前面基板と、この前面基板に対向配置されているとともにその周縁部同士が封着材により封着された背面基板と、を有する真空外囲器と、この真空外囲器内に配置された複数の表示素子と、外気圧に抗して上記前面基板と背面基板との間のギャップを一定に保持する複数の支持部材と、を備えた表示装置の製造装置であって、
   上記複数の支持部材が配置された位置で上記前面基板と背面基板を押圧する第１の押圧機構と、
   上記前面基板と背面基板の周縁部で上記封着材中に埋設されたスペーサを介して上記前面基板と背面基板を押圧し、この周縁部における基板間のギャップを上記複数の支持部材によって規定されるギャップと同じ値に保持する第２の押圧機構と、
   上記前面基板と背面基板の周縁部同士を封着する封着機構と、
   を有することを特徴とする表示装置の製造装置。
7. 上記封着材は、加熱により溶融する材料で形成されており、
   上記スペーサは、上記前面基板および背面基板と熱膨張率が略同じ材料により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置の製造装置。
8. 上記封着材は、加熱により溶融する材料により形成されており、
   上記スペーサは、通電により発熱する金属材料を上記周縁部に沿って枠状に設けてなり、
   上記封着機構は、上記スペーサに通電する通電装置を有することを特徴とする請求項６に記載の表示装置の製造装置。
9. 上記封着材は、加熱により溶融する材料により形成されており、
   上記封着機構は、上記前面基板と背面基板の周縁部を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項６に記載の表示装置の製造装置。
10. 上記第２の押圧機構は、上記ヒータを上記前面基板および背面基板に押圧することを特徴とする請求項９に記載の表示装置の製造装置。

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