JP3880552B2

JP3880552B2 - 画像表示装置の再生方法および製造方法

Info

Publication number: JP3880552B2
Application number: JP2003200389A
Authority: JP
Inventors: 徳孝三浦; 光利長谷川; 正樹時岡; 和也重岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2023-07-23
Also published as: JP2004111365A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は前面基板と背面基板とが枠を介して配置されて成る平面型の画像表示装置に関わり、特に寿命を迎えた画像表示装置の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年画像表示装置の大画面化が進む中で、大きく重いブラウン管（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ；以下ＣＲＴと呼ぶ）に代わるものとして、軽く、薄型のいわゆるフラットパネルディスプレイが注目されている。近年盛んに研究開発されているフラットパネルディスプレイとしては液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ；以下ＬＣＤと呼ぶ）及びプラズマディスプレイ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ；以下ＰＤＰと呼ぶ）があるが、ＬＣＤには画像が暗い、視野角が狭いといった課題が、またＰＤＰにはコントラストが低いといった課題が依然として残っている。そのような中で、従来のＣＲＴと同様に明るくコントラストの高い、視野角の広い、更に大画面化、高精細化の要求にもこたえ得るフラットパネルディスプレイへのニーズは高まりつつある。
【０００３】
そのような中で、従来のＣＲＴと同様に電子線を用いて蛍光体を発光させる自発光型フラットパネルディスプレイの開発も進められている。その一つとして、電子源として従来の熱陰極ではなく、冷陰極の一つである表面伝導型電子放出素子（Ｓｕｒｆａｃｅ−ＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＥｍｉｔｔｅｒ；以下ＳＣＥと呼ぶ）をガラス基板上にマトリクス状に配置する方式のディスプレイ（Ｓｕｒｆａｃｅ−ＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＥｍｉｔｔｅｒＤｉｓｐｌａｙ；以下ＳＥＤと呼ぶ）が本出願人によって提案されている（特許文献１、特許文献２など）。
【０００４】
しかし、上記のいずれのタイプのディスプレイを選択するにしても、ディスプレイには寿命がある。寿命を決める要因はディスプレイのタイプで様々であり、また一つタイプのディスプレイについても複数の要因があり得るが、多くの場合、寿命は輝度低下という形で現われる。現在最も普及しているディスプレイであるＣＲＴについて言えば、カソード構成材料の経時変化により電子のエミッション効率が低下し、蛍光体に入射する電流が小さくなるため、輝度が低下する。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６４−３１３３２号公報
【特許文献２】
特開平７−３２６３１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年は製品の環境への影響が注目されており、特に製品のリサイクルに対する関心は高まっているが、輝度が低下し、画像表示装置としての機能を失ったディスプレイは、従来はその大部分を廃棄処分されており、再利用されていなかった。原理的には劣化部分の再生、または交換のみでディスプレイを再生することは可能であるが、現実的には、ディスプレイの構造、組立てプロセス、コスト等の理由から困難であり、実施されていなかった。ディスプレイに対してもリサイクルは勿論、廃棄部品の無いことが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点を鑑み、部品の廃棄を極力抑制し、輝度が低下し寿命を迎えたディスプレイを容易に再生することを可能とするものである。つまり、輝度低下の直接的な原因である電子放出素子部を交換（破棄）すること無く、プロセス的に再生処理をしてディスプレイを再構成しようというものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像を表示するための電極及び蛍光体を有する前面基板と、電子を放出するための電子放出素子を有する背面基板とを、支持枠でもって各々所定の間隔で封着して構成される真空容器から成り、前記電子放出素子が、基板上の素子電極間に設けられた素子膜に、該素子電極間に通電することで電子放出部を形成する素子膜フォーミングの後、有機化合物が存在する雰囲気下で前記素子電極に電圧を印加して、前記有機化合物に由来する炭素あるいは炭素化合物を前記電子放出部近傍に堆積させる素子活性化を経て製造される画像表示装置の再生方法であって、
前記真空容器から前記背面基板を分離し、前記背面基板を製造工程へ戻して素子活性化を施し、再び電子放出部近傍に炭素あるいは炭素化合物を堆積させることで、前記背面基板上の電子放出素子を再生した後、再び封着することにより真空容器を再構成することを特徴とする画像表示装置の再生方法である。
【０００９】
また、本発明は、画像を表示するための電極及び蛍光体を有する前面基板と、電子を放出するための電子放出素子を有する背面基板とを、支持枠でもって各々所定の間隔で封着して構成される真空容器から成り、前記電子放出素子が、基板上の素子電極間に設けられた素子膜に、該素子電極間に通電することで電子放出部を形成する素子膜フォーミングの後、有機化合物が存在する雰囲気下で前記素子電極に電圧を印加して、前記有機化合物に由来する炭素あるいは炭素化合物を前記電子放出部近傍に堆積させる素子活性化を経て製造される画像表示装置の製造方法であって、
使用後、回収された画像表示装置の前記真空容器から前記背面基板を分離し、前記背面基板を製造工程へ戻して素子活性化を施し、再び電子放出部近傍に炭素あるいは炭素化合物を堆積させることで、前記背面基板上の電子放出素子を再生した後、再び、当該背面基板を、画像を表示するための電極及び蛍光体を有する前面基板と封着することにより真空容器を再構成することを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
【００１２】
また、以上述べた、画像表示装置の再生方法あるいは製造方法は、前記背面基板もしくは前記前面基板の少なくとも一方と前記支持枠との接着材料が低融点金属であることが好ましい。
さらに、前記接着材料の主成分がインジウムであることが好ましい。
【００１３】
本発明の再生方法あるいは製造方法は、背面基板上の電子放出素子を再生した後、通常のパネル組立てプロセスにおいて、ディスプレイとして再生することを可能とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に基づくリサイクルプロセスを含んだディスプレイの主要な組立てプロセスのフローを示している。太線で示した部分が従来のディスプレイプロセスに加わるリサイクルプロセスである。
【００１５】
図３はＳＥＤの模式的斜視図を示している。説明のため一部を切り取ってある。ガラス基板１１上に形成された蛍光体１２、メタルバック１３及び高圧端子３より構成されている画像を表示するための前面基板１０と、素子電極２５、２６、ＳＣＥ２２及びＳＣＥ２２を駆動するためのＸ配線２３、Ｙ配線２４をガラス基板２１上に形成した背面基板２０とを、支持枠２で所定の間隔に配置、封着することにより構成された真空容器１（以下、ディスプレイパネルと呼ぶ）と、ＳＣＥを駆動するためのＩＣ群である駆動回路４からＳＥＤは構成されている。
【００１６】
前面基板１０もしくは背面基板２０と支持枠２の接着は低融点金属で行うのが好ましい。このことにより、低い温度でディスプレイパネルを加熱することにより、ディスプレイパネルから基板を容易に分離することが可能となる。低融点金属としては、合金も含め、様々なものが選択可能であるが、融点が充分に低い、超高真空に対する安定性（蒸気圧）、ガラスとの相性（ぬれ性）、毒性が無い、一般的で入手が容易ということ等を考慮すると、インジウムが特に好ましい。
【００１７】
ＳＥＤの場合、経時的なエミッションの低下の原因としてはいくつかのモードが考え得るが、主たるモードとしてはＳＣＥの電子放出部上のカーボンの消失である。そのカーボンはＳＣＥのエミッション効率を上げるために、活性化と呼ばれる有機雰囲気中における通電処理プロセスによって電子放出部に堆積させたものである。よって、エミッションの低下したＳＣＥについては、再び活性化プロセスを実施し、電子放出部に再びカーボンを堆積させてやることによって、エミッションを回復させることができる。
【００１８】
背面基板を分離するにあたっては予め筐体、駆動回路等は取り外す。ディスプレイパネルの状態で真空中にて加熱し、インジウムを再溶融することにより分離する。分離された背面基板上にあるエミッションの低下したＳＣＥは、活性化によって再生され、エミッションを回復する。再生された背面基板は封着部にインジウムを塗布された後、分離された前面基板と再び真空中で封着され、駆動回路と共にディスプレイとして組み立てられる。
【００１９】
【実施例】
図１のフローに沿って、本発明を適用したＳＥＤのプロセスについて詳細に述べる。
【００２０】
（前面基板形成工程）
前面ガラス基板１１はアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用いた。ガラス基板を充分に洗浄した後、この上にスパッタ法によりＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘｉｄｅ）を０．１μｍ堆積し、透明電極を形成した。続いて印刷法により蛍光膜を塗布し、フィルミングと呼ばれる表面の平滑化処理をして、蛍光体１２を形成した。なお、蛍光体１２は赤、緑、青の３色より成るストライプ状の蛍光体と、黒色導電材（ブラックストライプ）とが交互に配列する構造とした。更に、蛍光体１２の上に、アルミ薄膜よりなるメタルバック１３をスパッタリング法により０．１μｍの厚さに形成した。
【００２１】
（背面基板形成工程）
背面ガラス基板２１としては、アルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用い、更にこの上にナトリウムブロック層としてＳｉＯ₂膜１００ｎｍを塗付焼成したものを用いた。
素子電極２５，２６は、ガラス基板２１上に、まず下引き層としてチタニウム５ｎｍ、その上に白金４０ｎｍをスパッタ法によって成膜した後、フォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。
次にＹ配線２４について、素子電極の一方に接して、且つそれらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料には銀フォトペーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃の温度で焼成してＹ配線２４を形成した。このＹ配線２４の厚さは約１０μｍ、幅は５０μｍである。なお終端部は配線取り出し電極として使うために、線幅をより大きくした。
次にＸ配線２３とＹ配線２４を絶縁するための層間絶縁層を配置した。後工程で形成されるＸ配線２３の下に、先に形成したＹ配線２４との交差部を覆うように、かつＸ配線２３と素子電極２５、２６の他方との電気的接続が可能なように、接続部にコンタクトホールを開けて形成した。工程はＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像した。これを４回繰り返し、最後に４８０℃の温度で焼成した。この層間絶縁層の厚みは全体で約３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
Ｘ配線２３は、先に形成した層間絶縁層の上に、銀ぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様なことを行い２度塗りしてから４８０℃の温度で焼成することにより形成した。Ｘ配線２３は上記層間絶縁層を挟んでＹ配線２４と交差しており、層間絶縁層のコンタクトホール部分で素子電極の他方と接続されている。このＸ配線２３によって他方の素子電極は連結されており、パネル化した後は走査電極として作用する。Ｘ配線の厚さは、約１５μｍである。
【００２２】
（素子膜塗布）
素子電極２５、２６の間にＳＣＥ（素子膜）２２をインクジェット方式で塗布した。素子膜としては水８５：イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解した有機パラジウム含有溶液を使用した。その後この基板を空気中にて、３５０℃で１０分間の焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。素子膜の直径は約６０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍである。
【００２３】
（背面基板への支持枠の接着）
背面基板２０の素子電極部（前面基板の画像表示領域に対応）外周に支持枠２を接着した。支持枠は背面基板と同じＰＤ−２００でできている。本実施例では接着材としては日本電気硝子（株）製の低融点ガラス（フリット）ＬＳ−７１０５を使用し、大気中４５０℃で焼成した。尚、支持枠２は前面基板１０への取り付けも可能であり、また、接着剤としてはフリットに限らず、封着と同じ低融点金属も使用可能である。
【００２４】
（素子膜フォーミング）
背面基板２０上に形成された素子膜２２に対して、フォーミングと呼ばれる還元雰囲気中での通電処理により、素子膜内部に亀裂を生じさせ、電子放出部を形成した。具体的には、背面基板２０の周囲の取り出し電極部（Ｘ配線２３、Ｙ配線２４の外周部）を残して、基板全体を覆うように蓋をかぶせる。蓋は真空排気系及びガス導入系と接続されており、その内部に低圧力の水素ガスを充填することが可能なようになっている。低圧力の水素ガス空間中で外部電源より電極端子部からＸＹ配線間に電圧を印加し、素子電極間に通電する事によって、素子膜２２を局所的に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的に高抵抗な状態の電子放出部を形成する。このとき、水素によって還元が促進され、素子膜２２は酸化パラジウム（ＰｄＯ）膜からパラジウム（Ｐｄ）膜に変化する。
【００２５】
（素子活性化）
フォーミングが終了した状態のＳＣＥは電子放出効率が非常に低いものであるため、電子放出効率を上げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行う。この処理は前記の素子膜フォーミングと同様に蓋をかぶせ、内部に有機化合物が存在する適当な圧力の真空空間を作り、外部からＸＹ配線を通じてパルス電圧を素子電極に繰り返し印加することによって行う。これにより、有機化合物に由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記亀裂近傍にカーボン膜として堆積させる。本工程ではカーボン源としてトルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した状態で電圧を印加した。
【００２６】
（低融点金属塗布）
前面基板１０及び背面基板２０それぞれを約１２０℃に加熱したホットプレート上に置き、封着部位に電気るつぼ中で溶融したインジウムを塗布した。塗布されたインジウムは幅４ｍｍ、高さ約０．３ｍｍであった。
【００２７】
（封着）
真空チャンバー中に前面基板１０と背面基板２０を対向させ、数ｍｍの間隙をあけて設置する。本実施例では前面基板が下ホットプレート上に、背面基板が上ホットプレートに固定され、上ホットプレートは上下に動くようになっている。その状態で両基板の温度を３００℃まで加熱し、脱ガスを行った。本実施例では３００℃を１０時間保持した。その後、両基板の温度を封着温度である１８０℃まで下げ、背面基板の固定された上ホットプレートを下げることによって封着し、ディスプレイパネル１を形成した。
【００２８】
（駆動回路組込み）
封着の完了したディスプレイパネルを駆動回路４が組み込まれた筐体に取りつけることによってテレビジョンセットを構成した。
【００２９】
以上のようにして画像表示装置が製造される。
【００３０】
以上の画像表示装置が、使用され、その寿命に至った後は、回収され、以下の様に再生される。
【００３１】
（背面基板取り外し）
ディスプレイパネル１を筐体、駆動回路４から取り外した。このとき、ディスプレイパネルのＸ配線２３、Ｙ配線２４の先端部に異方性導電膜を接着剤として直接取り付けられていたケーブルについては、異方性導電膜が付着し、再接着することが難しいことから再利用を諦めた。単体となったディスプレイパネルは封着で用いた真空チャンバーに、封着が完了した状態（上ホットプレートが下がった状態）で取り付けられた。但し、このときのホットプレート温度は１００℃以下で、インジウムの融点よりも充分低くなっている。その後、上下ホットプレートの温度を２００℃程度まで上げ、その状態で上ホットプレート（背面基板）をゆっくり上昇させ、背面基板を引き剥がした。
【００３２】
また、輝度低下の原因としては前面基板１０上の蛍光体の劣化も考え得るが、その場合は図１の点線で示したプロセスによって前面基板の交換も可能である。但し、蛍光体のみの交換は容易でないため、劣化した前面基板は廃棄となり、新しい前面基板が使用される。
【００３３】
また、図１では支持枠を背面基板に接着しているが、支持枠は前面基板、背面基板のどちらか一方に接着されれば良く、図２に示すように前面基板に接着することも可能である。
【００３４】
本実施例では、ＳＣＥの基本的なエミッション低下要因がＳＣＥ電子放出部上のカーボンの消失であったことから、取り外された背面基板を上述した活性化プロセスにフィードバックされ、再生される。しかしながら、エミッション低下にＳＣＥそのもののダメージ（素子膜電子放出部の変形など）による要因が認められる場合には、素子電極上に素子膜を再塗布することも可能であり、素子膜塗布プロセスにフィードバックをかけることも可能である（図２の点線の矢印で示したループ）。
【００３５】
さらに、輝度劣化の原因がＳＣＥと蛍光体の両方であった場合は、図１と図２を合わせたプロセスを採用することにより前面基板の交換と背面基板（正確には背面基板上のＳＣＥ）の再生により新たなディスプレイを構成できる。
【００３６】
本実施例においては、上記の通り、活性化プロセスにより電子放出素子を再生し、その後、上述の表示装置の製造方法に従って、背面基板への支持枠の接着、低融点金属塗布、封着、駆動回路組込みが、上記同様になされて、画像表示装置が製造される。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品の廃棄を極力抑制し、輝度が低下し寿命を迎えたディスプレイを容易に再生することを可能とするものである。つまり、輝度低下の直接的な原因である電子放出素子部を交換（破棄）すること無く、プロセス的に再生処理をしてディスプレイを再構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディスプレイの組立て及びリサイクルプロセスのフローチャートである。
【図２】本発明によるディスプレイの組立て及びリサイクルプロセスのフローチャートである。
【図３】ＳＣＥを用いたフラットパネルディスプレイ（ＳＥＤ）の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１真空容器
２支持枠
３高圧端子
４駆動回路
１０前面基板
１１ガラス基板（前面基板用）
１２蛍光体
１３メタルバック
２０背面基板
２１ガラス基板（背面基板用）
２２電子放出素子（ＳＣＥ）
２３Ｘ配線
２４Ｙ配線
２５素子電極
２６素子電極

Claims

画像を表示するための電極及び蛍光体を有する前面基板と、電子を放出するための電子放出素子を有する背面基板とを、支持枠でもって各々所定の間隔で封着して構成される真空容器から成り、前記電子放出素子が、基板上の素子電極間に設けられた素子膜に、該素子電極間に通電することで電子放出部を形成する素子膜フォーミングの後、有機化合物が存在する雰囲気下で前記素子電極に電圧を印加して、前記有機化合物に由来する炭素あるいは炭素化合物を前記電子放出部近傍に堆積させる素子活性化を経て製造される画像表示装置の再生方法であって、
前記真空容器から前記背面基板を分離し、前記背面基板を製造工程へ戻して素子活性化を施し、再び電子放出部近傍に炭素あるいは炭素化合物を堆積させることで、前記背面基板上の電子放出素子を再生した後、再び封着することにより真空容器を再構成することを特徴とする画像表示装置の再生方法。
前記背面基板もしくは前記前面基板の少なくとも一方と前記支持枠との接着材料が低融点金属であることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置の再生方法。
前記接着材料の主成分がインジウム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再生方法。
画像を表示するための電極及び蛍光体を有する前面基板と、電子を放出するための電子放出素子を有する背面基板とを、支持枠でもって各々所定の間隔で封着して構成される真空容器から成り、前記電子放出素子が、基板上の素子電極間に設けられた素子膜に、該素子電極間に通電することで電子放出部を形成する素子膜フォーミングの後、有機化合物が存在する雰囲気下で前記素子電極に電圧を印加して、前記有機化合物に由来する炭素あるいは炭素化合物を前記電子放出部近傍に堆積させる素子活性化を経て製造される画像表示装置の製造方法であって、
使用後、回収された画像表示装置の前記真空容器から前記背面基板を分離し、前記背面基板を製造工程へ戻して素子活性化を施し、再び電子放出部近傍に炭素あるいは炭素化合物を堆積させることで、前記背面基板上の電子放出素子を再生した後、再び、当該背面基板を、画像を表示するための電極及び蛍光体を有する前面基板と封着することにより真空容器を再構成することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
前記背面基板もしくは前記前面基板の少なくとも一方と前記支持枠との接着材料が低融点金属であることを特徴とする、請求項４に記載の画像表示装置の製造方法。