JP2007188784A - 画像表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子源特性を劣化させることなく、比較的安価に製造することが可能な画像表示装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、対向配置された前面基板１１および背面基板１２と、前面基板および背面基板の周縁部に設けられ周縁部間を封着した低融点金属からなる第１封着材３２と、第１封着材の外側に設けられ、前面基板および背面基板の周縁部間を封着している第２封着材４０とを備えている。第２封着材は、第１封着材の溶融温度より低い温度で硬化状態にある。
【選択図】図２

Description

この発明は、対向配置され基板を有する画像表示装置およびそ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、薄型の表示装置として様々な平面型表示装置が開発されている。このような平面型表示装置には、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ＦＥＤやＳＥＤ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。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Ｖａ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ＦＥＤや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。

上記のようなＦＥＤやＳＥＤでは、外囲器の内部を真空にすることが必要となる。また、ＰＤＰにおいても一度真空にしてから放電ガスを充填する必要がある。

外囲器を真空にする手段としては、外囲器の構成部材である前面基板と背面基板および側壁を適当な封着材料により大気中で加熱して接合し、前面基板または背面基板に設けた排気管から外囲器内部を排気した後、排気管を真空封止する方法がある。封着材料としては、一般に長期間に亘って信頼性があるフリットガラスが用いられている。

しかし、ＦＥＤやＳＥＤでは、封着工程において大気中で基板等を加熱すると、電子源の特性が劣化してしまい、画像表示装置としての画質に大きく影響する問題があった。この問題を解決する方法として、外囲器を構成する前面基板と背面基板の最終組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）。
特開２００２−３１９３４６号公報

しかしながら、上記のような真空槽内で最終組立てを行う場合、真空処理装置内に種々の組立て装置を設置する必要があり、真空処理槽が大掛かりになるとともに、装置全体が高価となる。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、電子源特性を劣化させることなく、比較的安価に製造することが可能な画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の態様に係る画像表示装置は、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に設けられ前記周縁部間を封着した低融点金属からなる第１封着材と、前記第１封着材の外側に設けられ、前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着しているとともに、前記第１封着材の溶融温度より低い温度で硬化状態にある第２封着材と、を備えている。

この発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法は、対向配置されているとともに周縁部間が封着材により封着された前面基板および背面基板を備えた画像表示装置の製造方法において、
前記前面基板および背面基板の周縁部に沿って、低融点金属からなる第１封着材を配置するとともに、前記第１封着材の溶融温度より低い温度で硬化する第２封着材を前記第１封着材よりも外側に配置し、前記第２封着材を固化させて前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着し、前記前面基板、背面基板および第２封着材より規定された空間内を排気し、前記空間内を排気しながら前記第１封着材を溶融させて前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着し、前記空間内で前記第１封着材の内側と外側を遮断することを特徴としている。

上記のように構成された画像表示装置およびその製造方法によれば、前面基板と背面基板との封着工程において、低温状態から外囲器内部を真空にすることができ、電子源特性を劣化させることなく、比較的安価に製造することが可能となる。

以下、この発明の画像表示装置をＦＥＤに適用した第１の実施形態について図面を参照しながら、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、矩形枠状の側壁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。

接合部材として機能する側壁１３は、例えば、フリットガラス等の低融点ガラス３０により、背面基板１２の内面周縁部に封着されている。前面基板１１と側壁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。更に、封着層３３よりも外側で、前面基板および背面基板の周縁部は、シリコーンからなる封着層４０によって封着されている。これにより、側壁１３および封着層３３は、前面基板１１および背面基板１２の周縁部同士を気密に接合し、前面基板および背面基板間に密閉空間を規定している。

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、例えば、ガラスからなる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１０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。なお、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。

前面基板１１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、緑、青に発光する複数の蛍光体層１５、および蛍光体層の間に形成された複数の遮光層１７を備えている。各蛍光体層１５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１８およびゲッタ膜１９が順に形成されている。

背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層１５を励起する電子源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子２２が設けられている。詳細に述べると、背面基板１２の内面上には、導電性カソード層２４が形成され、この導電性カソード層上には多数のキャビティ２５を有した二酸化シリコン膜２６が形成されている。二酸化シリコン膜２６上には、モリブデン、ニオブ等からなるゲート電極２８が形成されている。そして、背面基板１２の内面上において各キャビティ２５内に、モリブデン等からなるコーン状の電子放出素子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。その他、背面基板１２上には、電子放出素子２２に電位を供給する多数本の配線２１がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

上記のように構成されたＦＥＤにおいて、映像信号は、電子放出素子２２とゲート電極２８に入力される。電子放出素子２２を基準とした場合、最も輝度の高い状態の時、＋１００Ｖのゲート電圧が印加される。また、蛍光体スクリーン１６には＋１０ｋＶが印加される。そして、電子放出素子２２から放出される電子ビームの大きさは、ゲート電極２８の電圧によって変調され、この電子ビームが蛍光体スクリーン１６の蛍光体層を励起して発光させることにより画像を表示する。なお、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、側壁１３、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。

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を形成する。

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ー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。

次に、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。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の形成された背面基板１２の周縁部と矩形枠状の側壁１３との間を、大気中で低融点ガラス３０により互いに封着する。
その後、背面基板１２と前面基板１１とを封着する。この場合、まず、封着面となる側壁１３の上面、および前面基板１１の内側周縁部に、それぞれ下地層３１を全周に亘って所定幅で形成する。下地層３１は例えば、銀ペーストを用いる。形成方法は、スクリーン印刷法により、必要個所に塗布する。そして、自然乾燥した後、乾燥および焼成して形成した。

続いて、各下地層３１の上に、第１封着材として、金属封着材料である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。インジウムは、例えば、超音波コテを用い、超音波を印加しながら塗布する。
なお、金属封着材料としては、約３５０℃以下で溶融する密着性、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。インジウムは、融点１５６．７℃と低いだけでなく、蒸気圧が低い、軟らかく衝撃に対して強い、低温でも脆くならないなどの優れた特徴がある。しかも、条件によっては、下地層を用いることなく、ガラスに直接接合することができるので、本実施形態に好適の材料である。

前述した下地層３１は、金属封着材料に対して濡れ性および気密性の良い材料、つまり、金属封着材料に対して親和性の高い材料を用いる。上述した銀ペーストの他、金、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属ペーストを用いることができる。

次に、図３に示すように、封着面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された前面基板１１と、背面基板１２に側壁１３が封着されているとともにこの側壁上面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された背面側組立体とを、封着面同士が向かい合った状態で配置する。その後、第２封着材として、例えばシリコーンからなる封着層４０を、第１封着材の形成位置である側壁１３よりも外側で、前面基板１１と背面基板１２との隙間に形成する。封着層４０に用いるシリコーンの種類は室温硬化型、紫外線硬化型でも良いが、量産性を考慮し加熱硬化型を選択することが望ましい。例えば、加熱硬化型シリコーンは、１２０℃/１ｈの加熱条件で完全に硬化する。

そして、封着層４０を例えば、１５０℃で所定時間加熱して硬化させ、この封着層４０によって前面基板１１および背面基板１２の周縁部同士を封着する。

図３に示したように、前面基板１１および背面基板１２は対向した状態で、ジグ等により位置が保持され、図示しない封着、排気装置へ投入される。封着、排気装置では、まず、第２封着材であるシリコーンが硬化していることを確認して、外囲器内の排気および加熱を行う。排気は排気管４２により行う。背面基板１２において、側壁１３の内側でかつ画面に影響を与えない領域に排気孔４３が形成されている。そして、排気管４２を背面基板１２に接続し、排気孔４３を通して外囲器に内部に連通させる。この状態で、排気管４２を介して外囲器内部を排気する。なお、シリコーンは加熱中に酸素と反応して分解し気密性が低下することがある。そのため、外囲器内の排気および加熱は、安定ガス環境中、例えば、純度が９９％以下に管理された窒素雰囲気中に外囲器を配置して行う。

また、真空排気を開始した時点では、前面基板１１側のインジウム層３２および側壁１３側のインジウム層３２は互いに封着されておらず、僅かな隙間が存在している。そのため、この隙間を通して、側壁１３の外側と封着層４０との間の空間も排気される。

基板温度がインジウムの融点近傍になると、インジウムが溶融し封着される。このとき、インジウム層３２の内側は減圧環境下であるが、インジウム層３２と封着層４０との間の空間も減圧環境下となっている。そのため、溶融したインジウムは排気孔４３口へ吸い込まれることなく、所定の位置に保持することができる。このとき、溶融したインジウム層３２と封着層４０との間の真空圧力は１０００Ｐａ以下にしておく。そのためには、封着層４０の気密性が良いこと、つまり、リークが無いことが望ましく、少なくとも、リーク量が１Ｅ＋１Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下であることが望ましい。

更に、基板温度を４００℃まで加熱し、外囲器内の脱ガス処理およびＮＥＧの活性化を行う。その後、基板が熱歪み応力により破損しない範囲で基板面内温度を均一に保持しながら、外囲器を冷却する。これにより、インジウム層３２が硬化し、前面基板１１と側壁１３との間がインジウム層によって気密に封着される。なお、外囲器内を排気した後、背面基板１２の排気孔４３は公知の方法により封止する。

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、封着、排気工程での加熱プロセスにおいて、外囲器内部が常時真空環境にあるために、電子源の特性が劣化することなく、高性能な画像表示装置を得ることができる。また、外囲器全体を収納するような大掛かりな真空処理装置を必要とせず、ＦＥＤを比較的安価に製造することが可能となる。

封着材料としてインジウムを使用することによりフリットを用いた場合のよう、真空中で発泡することがなく、気密性および封着強度の高い外囲器を得ることが可能となる。同時に、インジウム層３２の下に下地層３１を設けることにより、封着工程においてインジウムが溶融した場合でもインジウムの流出を防止し所定位置に保持することができる。従って、前面基板と側壁との間の所望位置を確実に封着し、信頼性の向上を図ることができる。

第１封着材は、インジウムに限らず、溶融温度が３５０℃以下の封着材であれば良く、例えば、少なくともＳｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂｉを含む純金属または合金を用いてもよい。第２封着材は、シリコーンに限らず、第１封着材が溶融する温度以下で硬化する材料であれば良くアロンセラミックなどの無機材、ポリイミドまたはエポキシ系材料でも良い。加熱中に酸素等のガスと反応しない無機材であれば、加熱、排気中に外囲器を安定ガス環境に配置する必要はなく、大気環境で外囲器の加熱、排気を行っても良い。インジウム層は、前面基板および側壁の両方に形成したが、片方のみインジウム層を形成した状態で封着を行ってもよい。下地層も前面基板および側壁の片方のみでもよく、または、無くても良い。

次に、この発明の第２の実施形態に係るＦＥＤおよびその製造方法について説明する。図４に示すように、第２の実施形態によれば、第１封着材であるインジウム層３２および第２封着材で形成された封着層４０は、共に側壁１３上に形成されている。封着層４０は、インジウム層３２の外側に僅かな隙間を置いて設けられている。

例えば、シリコーンからなる封着層４０は、前面基板１１および背面基板１２を重ね合わせる前で、かつ、インジウム層３２を充填する工程の前後何れかに形成する。硬化前のシリコーンが前面基板１１および背面基板１２を重ね合わせる際に流動する場合には、シリコーンを一方の基板のみに形成した後、封着するようにしてもよい。

図５に示すように、第３の実施形態に係るＦＥＤでは、側壁１３と前面基板１１との間、および側壁と背面基板１２との間の両方が、それぞれインジウム層３２によって封着されている。この場合、図３に示したような、フリットガラスを形成する工程を省くことができる。

図６に示すように、第４の実施形態に係るＦＥＤでは、側壁１３は金属材により形成されているとともに、断面形状が円形に形成されている。金属材としては、基板ガラスの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有した金属、例えば、ＮｉＦｅ合金を用いた。側壁１３と前面基板１１との間、および側壁と背面基板１２との間の両方が、それぞれインジウム層３２によって封着されている。

上述した第２、第３、第４の実施形態において、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した。また、第２、第３、第４の実施形態に係るＦＥＤは、第１の実施形態と同様の製造方法によって製造することができる。

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。更に、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。

本発明において、側壁、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。この発明は、電子源として電界放出型電子放出素子を用いたものに限らず、ｐｎ型の冷陰極素子、あるいは、表面伝導型、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、および内部が真空に維持された他の平面型の画像表示装置にも適用可能である。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るＦＥＤを示す斜視図。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＦＥＤの断面図。 図３は、インジウム層およびシリコーンの封着層が形成された背面側組立体と前面基板とを対向配置した状態を示す断面図。 図４は、この発明の第２の実施形態に係るＦＥＤを示す断面図。 図５は、この発明の第３の実施形態に係るＦＥＤを示す断面図。 図６は、この発明の第４の実施形態に係るＦＥＤを示す断面図。

符号の説明

１０…真空外囲器、 １１…前面基板、 １２…背面基板、 １３…側壁、
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、 ４０…封着層

Claims (12)

1. 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に設けられ前記周縁部間を封着した低融点金属からなる第１封着材と、
   前記第１封着材の外側に設けられ、前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着しているとともに、前記第１封着材の溶融温度より低い温度で硬化状態にある第２封着材と、を備えた画像表示装置。
2. 前記低融点金属は、少なくともＳｎ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかを含む純金属または合金である請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第２封着材により形成された封着部の気密性は、１Ｅ＋１Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下である請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記第２封着材は、有機材または無機材である請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記有機材は、シリコーン、ポリイミド、エポキシ系材のいずれかを含んでいる請求項４に記載の画像表示装置。
6. 対向配置された前面基板および背面基板と、
   上記前面基板および上記背面基板の周縁部間を封着したガラスフリットからなる第１封着材と、
   前記第１封着材の外側に設けられ、前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着しているとともに、前記第１封着材の軟化点温度以下で硬化状態にある第２封着材と、を備えた画像表示装置。
7. 対向配置されているとともに周縁部間が封着材により封着された前面基板および背面基板を備えた画像表示装置の製造方法において、
   前記前面基板および背面基板の周縁部に沿って、低融点金属からなる第１封着材を配置するとともに、前記第１封着材の溶融温度より低い温度で硬化する第２封着材を前記第１封着材よりも外側に配置し、
   前記第２封着材を固化させて前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着し、
   前記前面基板、背面基板および第２封着材より規定された空間内を排気し、
   前記空間内を排気しながら前記第１封着材を溶融させて前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着し、前記空間内で前記第１封着材の内側と外側を遮断することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
8. 対向配置されているとともに周縁部間が封着材により封着された前面基板および背面基板を備えた画像表示装置の製造方法において、
   前記前面基板および背面基板の周縁部に沿って、ガラスフリットからなる第１封着材を配置するとともに、前記第１封着材の軟化点温度以下で硬化する第２封着材を前記第１封着材よりも外側に配置し、
   前記第２封着材を固化させて前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着し、
   前記前面基板、背面基板および第２封着材より規定された空間内を排気し、
   前記空間内を排気しながら前記第１封着材を軟化溶融させて前記前面基板および背面基板の周縁部間を封着し、前記空間内で前記第１封着材の内側と外側を遮断することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
9. 前記第１封着材が溶融した後、第１封着材が固化するまでの間は、前記第１封着材と第２封着材との隙間の真空度を１０００Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像表示装置の製造方法。
10. 前記前面基板および背面基板を安定ガス環境に維持した状態で、前記第１および第２封着材を硬化させることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像表示装置の製造方法。
11. 前記安定ガスは、Ｎ２またはＡｒあることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置の製造方法。
12. 前記安定ガスの純度は、９９％以下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。

Images