JPH08507645A - ガス放電表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス放電表示装置及びこの表示装置を集積回路製造技術を用いて製造する方法。この表示装置は、熱及び圧力に強い平坦な基板（２００，２１２）から製造され、これら基板にキャビティを集積回路製造技術によりエッチング形成し、独立した画素を形成する。直交電極（２０２，２１４）を基板上に配置し、これら基板をキャビティまで延在させる。キャビティはガス放電材料が充填され、プラズマのように、個々のキャビティの電極を付勢すると画素の形成が個別に行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス放電表示装置及びその製造方法 この出願は、透明材料の第１及び第２の基板を有し、これら基板の少なくとも 一方の基板が少なくとも１個のキャビティを有し、このキャビティ内に発光性ガ ス放電材料が充填され、第１の基板と第２の基板とを全ての接点で互いに結合さ れるようにウェハ接合したガス放電表示装置及びその製造方法に関するものであ る。 放射性の大面積表示装置は、大型のフラットパネルテレビジョン特に高品位テ レビジョンの用途に期待されている。プラズマディスプレイはこの用途における 有望な候補である。プラズマディスプレイは、直交電極がガラス基板上に形成さ れ、ガラス基板間にスペーサが配置され、基板の周辺がシールされ、基板間の空 間内に作動ガスが充填されている。プラズマパネルの別の型式のものにおいては 、電極基板間に貫通孔が形成されているガラスシートが配置されている。 このプラズマ装置では、個々の放電は中間のガラスシートの孔の内部に制限さ れている。一方、シールは同様に周辺部に形成され、ガスは周辺の微小な開口部 を経て充填され、その後その開口部がシールされている。 この通常の表示装置は大型であるから、ガスの充填圧力は１気圧以上になり、 ガラス基板に作用する力は極めて強くなり、基板が互いに分離したり又は破壊し てしまう。例えば、寸法が１２００平方インチ（３０×４０インチ）のパネルの 場合、１気圧を０．１psiだけ超えるだけでも１２０lbの外向きの力が各基板に 作用する。従って、基板へのガスの充填は最大気圧を１気圧に制限する必要があ る。同時に、プラズマパネルの重要な課題は、パネルが低い圧力で作動するため 、ＴＶの用途において輝度が低いことである。 本出願は、ＴＶの用途に対する輝度、効率及び凹凸表面に影響を及ぼす精密加 工に関する表示装置技術にも関係する。この構成において、個々の画素は互いに 完全に分離している。個々の画素は透明基板（溶融水晶、ＰＣＡ又はその他の材 料）をエッチング、接合することにより形成されるので、画素は電極及び添加ガ ス又は不純物材料を含む密封キャビティで構成される。この特定の場合、各画素 はエッチングされた基板を接合することにより形成されるので、接合界面は基板 内部と同じような強度となり、画素内部の圧力は１気圧以上になることができる 。 本明細書で用いた用語“接合（ボンディング）”は集積回路及びセンサの製造 で用いられる“ウェハボンディング”技術を意味する。このウェハボンディング 技術は一般に内部材料と同じような強度の界面で化学接合が生ずる陽極接合又は 融着接合を含む。この接合により、極めて高い圧力（２００気圧以上）にも耐え ることができるキャビティを形成することができる。この技術において、基板表 面間の全ての接点に接合が存在する。従って、各キャビティは個別にシールされ ることになる。 陽極ウェハボンディング又は融着ウェハボンディングの２種類のウェハボンデ ィング（ウェハ接合）処理がある。融着ウェハボンディング、この処理では、２ 個の平坦なウェハ（例えば、水晶）に親水性の表面が形成され互いに接触されて いる。ハンデルバース力が２個のウェハを共に引き付け、界面に接合が生ずる。 次に２個のウェハは高温（例えば、１０００℃）でアニール処理されて界面に化 学結合が生じ、バルク材料の強度が得られる。たとえ温度が上昇しても、材料の 融点（水晶の場合約１４００℃）以下の温度でボンディングが生ずる。すなわち 、基板はボンディング処理中で変形することはない。陽極ウェハボンディング、 この処理では、２個の平坦なウェハが融着ウェハボンディング処理として接触さ れる。一方、アニール処理はより低い温度でウェハ間の電界の作用のもとで行わ れる。この処理は、可動性イオンを有し高温でアニール処理できない材料（ガラ スのような材料）について有用である。電界の作用の結果、正及び負の電荷が界 面に集められ、高電界が生じ、ウェハを相互に引き合う。この処理はウェハの平 坦性の影響を受けにくいが、実行するのが困難であり可動性イオンを含まない材 料では良好に処理することができない。 ウェハボンディング処理はＩＣ技術と共に用いて極めて微小な個別にシールさ れたキャビティ（直径が１００μｍ以下）を形成することができ、ＩＣ技術と十 分な両立性を有するバッチ処理を行うことができる。この処理の開発により、発 光する蛍光材料を放電キャビティの内部又は外部のいずれかに配置することがで きる。 表示装置に関係するものとして米国特許第４９９０８２６号明細書がある。こ の特許では、１個のプレートをエッチングしこのプレートを電極が形成されてい る２個のプレートと接触配置することによりチャネルが形成されている。次に、 ３個のプレートは加熱処理により共にシールされる。電極が存在するため、シー ルはガラスを軟化させることによってだけ形成することができ、軟化したガラス は金属電極のまわりに流れシールが形成される。この加熱処理は、全体の構造を 受け入れられない程変形させるおそれがある。米国特許第４９９０８２６号明細 書では、真空ポート部材が装置内に密封挿入されている。放電スペースは、この ポート部材を介して真空にされると共に材料が充填され、このポート管を溶融す ることによりシールが行われている。 本発明の放電空間は２個又はそれ以上のプレートを共にボンディングすること により特にウェハボンディングすることより形成される。電極はシールされウェ ハの表面は、ガラス又はＳｉＯ₂フィルムを堆積させるウェハ平坦化法により平 坦化する。平坦化されたウェハは、共に接合されて放電空間がシールされる。ウ ェハボンディングは放電空間内に必要なガス（例えば、Ar，Ne，Xe等）のもとで 行われるので、キャビディ内にガス封入され、ポート部材は不要になる。従って 、本発明の処理により、多数の個別にシールされたキャビティを基板上に形成す ることができ、この処理は米国特許第４９９０８２６号では行われていない。本 発明の処理は、従来技術では行われなかったバッチ処理を実行できる利点がある 。ウェハボンディングによるシールの形成は、ガラスを軟化させる処理を超える 実際的な利点があり、米国特許第４９９０８２６号の技術ではガラスを軟化させ る期間中に構造体が変形するが、本発明の処理ではウェハボンディング中にガラ スの構造体が変形しない利点がある。 この改良された構成により、大幅に多量の光を放出できるより高圧な放電を容 易に行うことができる。これは、大きな表面積の表示装置で画素サイズを小さく する必要のある（３００μｍ以下）ＨＤＴＶへ適用する場合特に有益である。一 方、機械的処理を安価に利用して小さく且つ深い開口を形成することは困難であ る。さらに、ドライの化学エッチング処理は処理時間が長すぎ、しかも製造コス トが高価になってしまう。従って、画素キャビティはウェットの化学エッチング により形成するのが好ましい。このウェットエッチングは等方性であり、深さに 対して約２倍の横方向寸法のエッチングされたキャビティが形成される。従って 、電極間の間隔は小さくする必要がある。一方、キセノンからのＵＶ放射を最適 化するため、圧力に対する電界の比（Ｅ／ｐ）は７〜８Ｖ／ｃｍ・トールに設定 することが良好であることが実証された。従って、駆動電圧が６０Ｖで電極間隔 が１００μｍ以下の場合、最適圧力は、従来の製造プロセスでは得られない１気 圧以上となる。 放電はグロー放電の領域にあると考えられているが、この技術の別の利点は、 画素が高圧アークランプとして動作し得ることである。この高圧アークランプは 可視域の出力を有していることは周知である。従って、画素をカラーフィルタと 共に用いて表示装置を構成することができ、蛍光体の使用が回避される。放電が グロー放電領域が行われる場合電極は高温にならないが、放電がアーク放電領域 で行われる場合電極は高温になるので、電極用の金属の選択は所望の動作領域の 基本となる。さらに、アーク放電の場合、再点火が問題となるが、補助放電を利 用することにより回避することができ、この補助放電は視覚によって認識されな い。 以下図面に基づき本発明を詳細に説明する。 図１ａ〜１ｄは本発明によるガス放電表示パネルの第１の構成を示す。 図２ａ〜２ｄは本発明によるガス放電表示パネルの第２の構成を示す。 図３ａ〜３ｅは本発明によるガス放電表示パネルの第３の構成を示す。 図１ａ〜１ｄは本発明によるフラットパネル型のガス放電表示装置の第１の構 成を示す。この表示装置は半透明又は透明な基板２００を具え、この基板上に一 連の第１の金属電極２０２が堆積され、これら金属電極は表示装置の表面領域に 沿って延在する。第１電極２０２は既知の金属堆積技術すなわちマスキング、エ ッチング及び材料堆積によりパターン化及び堆積される。第１電極２０２として 用いられる金属の選択は放電の動作条件により決定され、第１電極２０２は圧膜 又は薄技術により堆積できる。その後、基板２００及び第１電極２０２の表面を スピンオンガラス又はリン添加ＳｉＯ₂（リンガラス）堆積２０４のような平坦 化技術により平坦化し、その後アニーリング工程により硬化する。基板、第１電 極２０２及び平坦化層２０４を図１ｂに示す。 次に、基板２００を、一連のキャビティ（孔）２０８が電極２０２の間隔と同 一の間隔でエッチング形成（又は内部形成）されている中間基板２０６に結合す る（図１ｃ参照）。エッチング形成されたキャビティ２０８に蛍光体２１０又は 表示装置に必要な他の発光材料を堆積する。基板２００の孔が形成された中間基 板２０６への結合は融解結合又は陽極結合（前述したような）のようなウェハボ ンディング技術により行う。この基板２００と２０６のウェハボンディングは、 キャビティ２０８以外の全ての接点でこれらの基板を結合する。基板２００を基 板２０６に接合した後、第１の基板２０２全体についてキャビティ２０８の区域 の平坦化層を除去し、表示装置のキャビティ２０８の電極を露出させる。キャビ ティ２０８の平坦化層２０４はフオトリソグラフィを用いる通常のマスキング及 びエッチングにより除去でき、又は容量結合により形成された放電で未除去のま まに残すことができる。 その後、第３の基板２１２を用意する（図１ｃ）。最終形態として第１の電極 ２０２と垂直に延在する（直交する）金属電極２１４の第２のパターンを基板２ １２上にパターン形成し堆積する。その後基板２１２を平坦化層２１６で平坦化 する。次に、マスキング及びエッチング工程を用いて放電キャビティ２０８内の 区域の平坦化層２１６を除去する。最後に、基板２１２を基板２０６（すでに基 板２００に結合されている）にウェファ接合して最終的な表示装置を形成する。 この最終の接合は個々のキャビティ内に封入されるガス体中（すなわち、プラズ マ表示装置内のアルゴン、キセノン、ネオン及び／又はヘリウム）で行う。最終 のウェハ接合を行う前に、他の必要な点火材料をキャビティ内に封入することも できる。図１ｄ（最終組立体の平面図）に示すように、この組立体は、互いに直 交するように形成されキャビティ２０８（画素）で交差する電極２０２，２１４ を有する表示装置内に配置した多数のキャビティ２０８で構成される。電極２０ ２，２１４の幅は構造を明瞭にするため拡大されている。実際は、電極２０２， ２０４は、個々のキャビティ２０８（画素）から放出される光を明瞭にする幅と する必要はない。３個の基板は、ガラスや放電の型式に応じて用いられ石英又は サファイヤのような適当な材料により構成することができる。 図２ａ〜２ｄは本発明によるガス放電表示装置の第２の構成を示す。この構成 は、平坦化層を堆積する必要性が除かれている点において図１の構成と相異する 。図２に示すように、第１の基板２２０をエッチングして一連の溝２２２を形成 し、図２ｂに示すようにこの溝内に第１の電極２２４を堆積する。その後、基板 ２２０を孔が形成されている第２の基板２２６にウェハ接合する。第２の基板２ ２６は、表示装置の個々の画素を構成する多数のキャビティ２２８を含む。キャ ビティ間の間隔は電極２２４の間隔と同一にする。 第３の基板２３０を基板２２０と同一の態様で用意し、すなわち基板２３０に 一連の溝２３２をを形成し、これら溝内に第２の電極２３６を堆積する。基板２ ３０を第２の基板２２６の上側部分にウェハ接合し、第１の電極２２４が第２の 電極２３６に対して直交するように配置する。電極２２４及び２３６は溝内に配 置されるので、キャビティ２２８の封止は３個の基板を一緒にしたウェハ接合に よっては行わない。キャビティ２２８の封止はＣＯ₂レーザにより行なう。図２ ｄに示すように、レーザシール２３８，２４０は電極２２４を基板２２０にシー ルし、レーザシール２４２，２４４は電極２３６をシールする。レーザは電極周 囲の基板材料を溶融し固着して各キャビティを封止する。レーザはキャビティ内 に封入されるガス雰囲気下で照射する。レーザビームは鮮明に集束するので、レ ーザビームが照射された点の基板材料だけが溶融し、表示装置全体としてその特 性に悪影響を及ぼすことはない。 図３ａ〜３ｅは３個の基板ではなく２個の基板を用い、これら基板を放電キャ ビティの側部に沿って配置して放出光に対する遮光を最小にした別の構成を示す 。この構成において、第１の基板３００をパターニングし一連の溝３０２を形成 し、これら溝内に一連の第１の金属電極３０４を配置する。図３ｅに平面として 示すように、電極３０４は横方向に延在する延長部３１０を有する。次に、基板 ３００及び電極３０４全体に亘って平坦化層３０６を堆積する。その後、ポリシ リコンのマスク３０８を平坦化層３０６上に堆積する。図３ｂに示すように、ポ リシリコンマスク３０８は電極３０４の延長部３１０上にだけ部分的に延在する 。図３ｃに示すように、次に、キャビティ３１２の半分を下側部分のエッチング を防止するポリシリコンマスク３０８を用いてエッチングする。用いるエッチ剤 は基板３００及び平坦化層３０６の材料をエッチングし、電極３０４についてほ とんど影響を及ぼさないエッチントとする。図３ｃに示すように、このエッチン グ処理及びポリシリコンを除去した後、電極の延長部３１０は個々のキャビティ ３１２の半分に亘って延長する。 図３ｃに示すように、最終処理された基板３００は、第２の基板と直接接合し 得る平坦な上側面を有する。図３ｄに示すよう、第１の基板３００と同様な構造 の第２の基板３２０を用意する。この第２の基板３２０は一連の溝３２２が形成 され、Ｌ字状の延長部３２６を有する第２の電極３２４が配置されている（図３ ｅ参照）。その後、平坦化層３２８を電極３２４上に堆積し、基板３００に関し て説明した方法と同様な態様で第２のキャビティ３３０の半分をエッチングする ためのマスクとして用いるポリシリコンマスク（図示せず）を被着する。基板３ ２０を用意した後、基板３００を基板３２０にウェハ結合して図３ｄに示す最終 的に封止されたキャビティを形成する。図３ｅに平面図として示すように、横方 向に延在する電極を有する多数のキャビティが形成される。この観点において、 電極は個々のキャビティをわずかに妨害するにすぎず、表示装置を構成する一層 高輝度な画素マトリックスを形成できること明らかである。この構成では平坦化 層を用いているが、勿論平坦化層を省略することができ、また図２の表示装置に ついて説明したようにレーザ照射によってキャビティをシールすることも可能で ある。 明らかなように、完成したパネルは互いに直交するように配置した上側電極及 び下側電極、すなわち行及び列状に配置した電極を有している。この電極配置に おいては、各放電キャビティ（画素）を個別に起動（アドレス）することができ 、従ってこれらの画素を情報又はビデオ表示の目的に用いることがてきる。各キ ャビティは最終のシーリングが行なわれる前に個別にドーパントを添加できるの で、種々のカラー又は３色（赤、緑及び青）を発生させる適当なドーパントを添 加してフルカラー表示装置を実現することができる。キャビティは容易に高圧に することができるので、動作時における発光輝度を一層高くすることができる。 上述した構成及び方法は本発明の原理を単に図示したものにすぎない。本発明 の精神及び添付した請求の範囲から逸脱しない範囲において種々の変形や変更が 可能である。特に、キャビティは完全に分離させる必要はない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピンカー ロナルド ディー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10566 ピークスキル ストウ ロード ５ (72)発明者 クラマー ジュリー エム アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10598 ヨークタウン ハイツ ロビン ロード 757

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．透明材料から成る第１及び第２の基板と、これら基板間に形成された複数の キャビティと、これらキャビティ内に配置した複数の第１及び第２の電極と、前 記キャビティ内に充填された発光ガス放電材料とを有し、前記第１及び第２の基 板を全ての接点でウェハ接着したガス放電表示装置 ２．前記第１及び第２の電極が互いに直交配置されている請求項１に記載のガス 放電表示装置。 ３．前記第１の基板と第２の基板との間に配置され、前記キャビティが形成され る第３の基板をさらに含む請求項２に記載のガス放電表示装置。 ４．前記キャビティが前記各基板の半分のキャビティにより形成されている請求 項１に記載のガス放電表示装置。 ５．前記キャビティ内に蛍光材料が挿入されている請求項１から４までのいずれ か１項に記載のガス放電表示装置。 ６．放電表示装置を製造するに当たり、透明材料の第１及び第２の基板を用意し 、これら基板の少なくとも一方の基板に複数のキャビティを形成し、これらキャ ビティに動作時に発光するガス放電材料を充填し、前記基板の少なくとも一方の 基板に第１及び第２の電極を配置し、前記基板間の全ての接点面でこれら基板を 接着してキャビティをシールするガス放電表示装置の製造方法。 ７．前記第１の基板と第２の基板間に中間の第３の基板を接着する工程を含む請 求項６に記載のガス放電表示装置の製造方法。 ８．前記基板を結合する前に、前記基板の表面を平坦化する工程を含む請求項７ に記載のガス放電表示装置の製造方法。 ９．レーザ放射を照射して前記電極を基板にシールする工程をさらに含む請求項 ６に記載のガス放電表示装置の製造方法。 １０．前記基板の表面にチャネルを形成し、これらチャネル内に電極を堆積する 工程をさらに含む請求項６に記載のガス放電表示装置の製造方法。