JPWO2004013886A1 - 画像表示装置の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
真空雰囲気中で、前面基板（１１）および背面基板の少なくとも一方の基板と処理電極（３４，３６）を対向させ、少なくとも一方の基板と処理電極（３４，３６）との間に電界を印加してこの基板を電界処理する。電界処理の後、前面基板（１１）と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着し外囲気を形成する。電界処理することにより、基板に残留した異物、突起等を除去し、放電発生の要因を取り除くことができる。
Description
本発明は、対向配置された一対の基板を備えた画像表示装置の製造方法および製造装置に関する。
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の画像表示装置が開発され進めている。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。真空外囲器の内部は、真空度が１０− ４Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。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、青、緑の蛍光体層を含む蛍光面およびメタルバックが形成され、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。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。このような電子放出素子が形成された領域のことをマクロに見て電子放出面と称する。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。
ＦＥＤでは、外囲器内部の残留ガス及び各基板の放出ガスを吸着するため、ゲッタと呼ばれるガス吸着特性を持った金属がメタルバック上に蒸着（ゲッタフラッシュ）されている。
このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を１〜３ｍｍ程度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、大幅な軽量化、薄型化を達成することができる。
上記ＦＥＤにおいて、実用的な表示特性を得るためには、輝度、色再現性、蛍光体劣化などの点から、発光効率が高く、色純度の良好なＣＲＴ用の蛍光体を用い、更に、蛍光面の上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成することが必要となる。蛍光面に印加するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ以上にすることが望まれる。
これらのＦＥＤでは電子ビームが蛍光体に衝突することで発光しているが、この時、多くの放出ガスが発生しＦＥＤ内部の真空度を劣化させ、背基板上に形成された電子放出素子にダメージを与える。その結果、電子放出素子の電子放出特性の劣化を招き、輝度の低下、色再現性の劣化、および寿命の短命化が発生することが知られている。これはＦＥＤの表示特性の輝度を高くしようとした場合、電子放出素子からの電子ビームがより多く必要となりこの傾向は大きくなり表示性能に優れた長寿命の画像表示装置の実現が困難となる。
この対策としては、製品となった状態でのＦＥＤ内部の放出ガス量を少なくすることが必要である。従来、製品となる前に前面基板および背面基板を高温処理することにより脱ガス効果を得ていたが、高温処理後、前面基板および背面基板を大気中での移動および保留する時間があるため、ここでのガスの再吸着が発生し十分な効果が得られていなかった。
また、放出ガスをＦＥＤ内部で吸収する方法としては、Ｔｉ、Ｂａなどのガス吸着特性の大きい金属を前面基板の蛍光面または周囲に配置し放出ガスを吸着することによりＦＥＤ内部の真空度を維持させている。しかしながら、これらの材料のガス吸着量には許容量があり、ある一定量以上のガス量に対しては効力を失ってしまい長時間での特性維持は困難となる。また、ゲッタ膜形成時の蒸着工程で発生する発塵や、メタルバックとゲッタ膜の付着強度不足によるゲッタ膜の欠落等が発生している。
一方、前面基板と背面基板との間の隙間は、解像度や電子放出効率の特性などの観点からあまり大きくすることはできず、１〜３ｍｍ程度に設定する必要がある。従って、ＦＥＤでは、前面基板と背面基板との小さい隙間に強電界が形成されることを避けられず、両基板間の放電（絶縁破壊）が問題となる。放電が起こると、瞬間的に１００Ａ以上の電流が流れ、電子放出素子や蛍光面の破壊あるいは劣化が起こる。放電により、ＦＥＤを動作させるための駆動回路が破壊されることもある。これらをまとめて放電によるダメージと呼ぶことにする。
放電によるダメージは致命的な製品不良、例えば、無表示領域の発生による情報の欠落、輝度及び色再現性の低下、電子放出素子の劣化により表示性能の劣化を生じ、もちろん画像表示装置の寿命をも短くしてしまう。そのため、ＦＥＤを実用化するためには、これらのダメージが長期に渡り起こらないようにしなければならない。しかしながら、放電を完全に抑制するのは非常に難しい。
一方、放電が発生しないようにするのではなく、放電が起きても電子放出素子への影響を無視できるよう、放電の規模を抑制するという対策がある。このような考え方に関連する技術として、例えば、特開２０００−３１１６４２号公報には、蛍光面に設けられたメタルバックに切り欠きを入れてジグザグなどのパターンを形成し、蛍光面の実効的なインダクタンス・抵抗を高める技術が開示されている。特開平１０−３２６５８３号公報には、メタルバックを分割する技術、さらに特開２０００−２５１７９７号公報には、分割部での沿面放電を抑制するために、分割部に導電性材料の被覆を設けるという技術が開示されている。
しかし、このような技術を用いる場合でも、放電によるダメージを完全に抑制することは困難である。
一般に、放電が生じる電圧（以後、放電電圧と称する）にはばらつきがある。また、ＦＥＤを長期間使用した後に放電が起こることもある。放電を抑制するということは、アノード電圧印加時に放電が全く起こらないようにするか、放電確率を実用上許容できる程度まで小さくすることを意味する。印加しうるアノード−カソード間の電位差を耐圧と称することとする。
放電の要因にはいろいろなものがある。第１は、カソード側の微小な突起や異物などからの電子放出がトリガとなるものである。第２は、カソードあるいはアノードに付着した微粒子、あるいはそれらの一部がはがれたものが対向面に衝突することがトリガとなるものである。とりわけ、ＦＥＤでは、蛍光面に重ねてメタルバックという強度の弱い膜およびゲッタ膜が形成されているため、その一部がはがれることが放電のトリガとなりうる。
更に、このゲッタ膜はゲッタの基盤となる金属にガス吸着特性の大きいＢａ，Ｔｉなどの金属を固定し金属基盤を加熱することにより蒸着膜としてメタルバック上に形成される。この際、金属基盤の加熱による蒸着工程で金属基盤の一部及びゲッタ電極の一部が溶解し、前面基板および背面基板上に落下することがあり、これが放電源となり放電を拡大する大きな要因となっている。
耐圧を向上させるための技術として、コンディショニングという手法が周知である。この手法は、例えば、放電ハンドブック（オーム社、１９９８）の３０２ページに記載されている。これは、対向面間に電位差を印加し、耐圧を向上させるものである。放電を起す場合と起さない場合があるが、狭義では、放電（スパーク）を起すスパークコンディショニングをコンディショニングと称することもある。スパークコンディショニングにより耐圧が向上するメカニズムは詳細にはわかっていないが、微小突起や異物等の放電源が放電により溶けて除去されること、あるいは、付着した微粒子が電界により除去されることによると考えられている。
例えば、ＣＲＴでは、電子銃の電極間に動作時電圧の４倍程度のパルス電圧を印加し、千回程度放電を起すという処理が広く行われている。これはスパークコンディショニングに相当する。
ところが、ＦＥＤでは、このようなスパークコンディショニングを行うと、蛍光面や電子放出素子が破壊ないし劣化してしまう。そのため、単純にこの手法をＦＥＤに用いることができない。
コンディショニング以外の耐圧向上策としては、材料、構造、製造プロセスの最適化、製造環境のクリーン化、洗浄、エアーブロー等が考えられる。しかし、このような対策だけでは耐圧を望ましい値まで高めることが困難であり、より効果の大きな耐圧改善策が強く望まれている。また、コスト低減の観点からも、クリーン度を非常に高くしたり、徹底的な微粒子除去をするような方向は望ましくない。
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。真空外囲器の内部は、真空度が１０− ４Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。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、青、緑の蛍光体層を含む蛍光面およびメタルバックが形成され、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。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。このような電子放出素子が形成された領域のことをマクロに見て電子放出面と称する。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。
ＦＥＤでは、外囲器内部の残留ガス及び各基板の放出ガスを吸着するため、ゲッタと呼ばれるガス吸着特性を持った金属がメタルバック上に蒸着（ゲッタフラッシュ）されている。
このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を１〜３ｍｍ程度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、大幅な軽量化、薄型化を達成することができる。
上記ＦＥＤにおいて、実用的な表示特性を得るためには、輝度、色再現性、蛍光体劣化などの点から、発光効率が高く、色純度の良好なＣＲＴ用の蛍光体を用い、更に、蛍光面の上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成することが必要となる。蛍光面に印加するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ以上にすることが望まれる。
これらのＦＥＤでは電子ビームが蛍光体に衝突することで発光しているが、この時、多くの放出ガスが発生しＦＥＤ内部の真空度を劣化させ、背基板上に形成された電子放出素子にダメージを与える。その結果、電子放出素子の電子放出特性の劣化を招き、輝度の低下、色再現性の劣化、および寿命の短命化が発生することが知られている。これはＦＥＤの表示特性の輝度を高くしようとした場合、電子放出素子からの電子ビームがより多く必要となりこの傾向は大きくなり表示性能に優れた長寿命の画像表示装置の実現が困難となる。
この対策としては、製品となった状態でのＦＥＤ内部の放出ガス量を少なくすることが必要である。従来、製品となる前に前面基板および背面基板を高温処理することにより脱ガス効果を得ていたが、高温処理後、前面基板および背面基板を大気中での移動および保留する時間があるため、ここでのガスの再吸着が発生し十分な効果が得られていなかった。
また、放出ガスをＦＥＤ内部で吸収する方法としては、Ｔｉ、Ｂａなどのガス吸着特性の大きい金属を前面基板の蛍光面または周囲に配置し放出ガスを吸着することによりＦＥＤ内部の真空度を維持させている。しかしながら、これらの材料のガス吸着量には許容量があり、ある一定量以上のガス量に対しては効力を失ってしまい長時間での特性維持は困難となる。また、ゲッタ膜形成時の蒸着工程で発生する発塵や、メタルバックとゲッタ膜の付着強度不足によるゲッタ膜の欠落等が発生している。
一方、前面基板と背面基板との間の隙間は、解像度や電子放出効率の特性などの観点からあまり大きくすることはできず、１〜３ｍｍ程度に設定する必要がある。従って、ＦＥＤでは、前面基板と背面基板との小さい隙間に強電界が形成されることを避けられず、両基板間の放電（絶縁破壊）が問題となる。放電が起こると、瞬間的に１００Ａ以上の電流が流れ、電子放出素子や蛍光面の破壊あるいは劣化が起こる。放電により、ＦＥＤを動作させるための駆動回路が破壊されることもある。これらをまとめて放電によるダメージと呼ぶことにする。
放電によるダメージは致命的な製品不良、例えば、無表示領域の発生による情報の欠落、輝度及び色再現性の低下、電子放出素子の劣化により表示性能の劣化を生じ、もちろん画像表示装置の寿命をも短くしてしまう。そのため、ＦＥＤを実用化するためには、これらのダメージが長期に渡り起こらないようにしなければならない。しかしながら、放電を完全に抑制するのは非常に難しい。
一方、放電が発生しないようにするのではなく、放電が起きても電子放出素子への影響を無視できるよう、放電の規模を抑制するという対策がある。このような考え方に関連する技術として、例えば、特開２０００−３１１６４２号公報には、蛍光面に設けられたメタルバックに切り欠きを入れてジグザグなどのパターンを形成し、蛍光面の実効的なインダクタンス・抵抗を高める技術が開示されている。特開平１０−３２６５８３号公報には、メタルバックを分割する技術、さらに特開２０００−２５１７９７号公報には、分割部での沿面放電を抑制するために、分割部に導電性材料の被覆を設けるという技術が開示されている。
しかし、このような技術を用いる場合でも、放電によるダメージを完全に抑制することは困難である。
一般に、放電が生じる電圧（以後、放電電圧と称する）にはばらつきがある。また、ＦＥＤを長期間使用した後に放電が起こることもある。放電を抑制するということは、アノード電圧印加時に放電が全く起こらないようにするか、放電確率を実用上許容できる程度まで小さくすることを意味する。印加しうるアノード−カソード間の電位差を耐圧と称することとする。
放電の要因にはいろいろなものがある。第１は、カソード側の微小な突起や異物などからの電子放出がトリガとなるものである。第２は、カソードあるいはアノードに付着した微粒子、あるいはそれらの一部がはがれたものが対向面に衝突することがトリガとなるものである。とりわけ、ＦＥＤでは、蛍光面に重ねてメタルバックという強度の弱い膜およびゲッタ膜が形成されているため、その一部がはがれることが放電のトリガとなりうる。
更に、このゲッタ膜はゲッタの基盤となる金属にガス吸着特性の大きいＢａ，Ｔｉなどの金属を固定し金属基盤を加熱することにより蒸着膜としてメタルバック上に形成される。この際、金属基盤の加熱による蒸着工程で金属基盤の一部及びゲッタ電極の一部が溶解し、前面基板および背面基板上に落下することがあり、これが放電源となり放電を拡大する大きな要因となっている。
耐圧を向上させるための技術として、コンディショニングという手法が周知である。この手法は、例えば、放電ハンドブック（オーム社、１９９８）の３０２ページに記載されている。これは、対向面間に電位差を印加し、耐圧を向上させるものである。放電を起す場合と起さない場合があるが、狭義では、放電（スパーク）を起すスパークコンディショニングをコンディショニングと称することもある。スパークコンディショニングにより耐圧が向上するメカニズムは詳細にはわかっていないが、微小突起や異物等の放電源が放電により溶けて除去されること、あるいは、付着した微粒子が電界により除去されることによると考えられている。
例えば、ＣＲＴでは、電子銃の電極間に動作時電圧の４倍程度のパルス電圧を印加し、千回程度放電を起すという処理が広く行われている。これはスパークコンディショニングに相当する。
ところが、ＦＥＤでは、このようなスパークコンディショニングを行うと、蛍光面や電子放出素子が破壊ないし劣化してしまう。そのため、単純にこの手法をＦＥＤに用いることができない。
コンディショニング以外の耐圧向上策としては、材料、構造、製造プロセスの最適化、製造環境のクリーン化、洗浄、エアーブロー等が考えられる。しかし、このような対策だけでは耐圧を望ましい値まで高めることが困難であり、より効果の大きな耐圧改善策が強く望まれている。また、コスト低減の観点からも、クリーン度を非常に高くしたり、徹底的な微粒子除去をするような方向は望ましくない。
以上述べたように、ＦＥＤにおいては、内部の高真空維持と放電対策が重要な課題となっている。そこで、蛍光面等の構造物の脱ガスを行うために、真空中で高温ベーキングを行っているが、充分な脱ガス効果を得ることが難しい。また、放電が起きないようにする目的で、動作電圧であるアノード電圧を下げたり、前面基板と背面基板とのギャップを大きくしたりすると、輝度や解像度などの性能を犠牲にせざるをえず、製品として望まれる性能を満たすことが困難となる。ＦＥＤは真空中で封着されるため、前面基板および背面基板を真空槽に投入する際に付着する異物やゲッタフラッシュ時に発生する発塵を除去する手段がない。
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、その目的は、耐圧性が高く、表示性能および信頼性に優れた画像表示装置を製造することが可能な画像表示装置の製造方法および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、この発明の形態に係る画像表示装置の製造方法は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板および背面基板の少なくとも一方の基板と処理電極とを対向させ、上記少なくとも一方の基板と処理電極との間に電界を印加して上記少なくとも一方の基板を電界処理し、上記電界処理の後、上記前面基板と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着する。
この発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板と開孔部を有する処理電極とを対向させ、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加して上記前面基板を電界処理し、上記電界処理の後、上記前面基板と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着する。
この発明の態様に係る画像表示装置の製造装置は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造装置において、内部が真空に維持されているとともに上記前面基板および背面基板の少なくとも一方の基板を収納可能な真空チャンバと、上記真空チャンバ内に上記少なくとも一方の基板と対向して配置された処理電極と、上記少なくとも一方の基板と処理電極との間に電界を印加する電界印加部と、上記真空チャンバ内に設けられ上記少なくとも一方の基板にゲッタ膜を形成するゲッタ装置と、を備えている。
この発明の態様に係る画像表示装置の製造装置は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造装置において、内部が真空に維持されているとともに上記前面基板を収納可能な真空チャンバと、上記真空チャンバ内に上記前面基板と対向して配置され開孔部を有した処理電極と、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加する電界印加部とを備えている。
上記のように構成された画像表示装置の製造方法および製造装置によれば、真空雰囲気中で基板と対向して配置された処理電極と基板とに電界を印加して電界処理することにより、基板に残留した異物、突起等を除去し、放電発生の要因を取り除くことができる。これにより、耐圧特性に優れ、表示性能および信頼性の向上した画像表示装置を製造することができる。
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、その目的は、耐圧性が高く、表示性能および信頼性に優れた画像表示装置を製造することが可能な画像表示装置の製造方法および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、この発明の形態に係る画像表示装置の製造方法は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板および背面基板の少なくとも一方の基板と処理電極とを対向させ、上記少なくとも一方の基板と処理電極との間に電界を印加して上記少なくとも一方の基板を電界処理し、上記電界処理の後、上記前面基板と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着する。
この発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板と開孔部を有する処理電極とを対向させ、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加して上記前面基板を電界処理し、上記電界処理の後、上記前面基板と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着する。
この発明の態様に係る画像表示装置の製造装置は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造装置において、内部が真空に維持されているとともに上記前面基板および背面基板の少なくとも一方の基板を収納可能な真空チャンバと、上記真空チャンバ内に上記少なくとも一方の基板と対向して配置された処理電極と、上記少なくとも一方の基板と処理電極との間に電界を印加する電界印加部と、上記真空チャンバ内に設けられ上記少なくとも一方の基板にゲッタ膜を形成するゲッタ装置と、を備えている。
この発明の態様に係る画像表示装置の製造装置は、蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造装置において、内部が真空に維持されているとともに上記前面基板を収納可能な真空チャンバと、上記真空チャンバ内に上記前面基板と対向して配置され開孔部を有した処理電極と、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加する電界印加部とを備えている。
上記のように構成された画像表示装置の製造方法および製造装置によれば、真空雰囲気中で基板と対向して配置された処理電極と基板とに電界を印加して電界処理することにより、基板に残留した異物、突起等を除去し、放電発生の要因を取り除くことができる。これにより、耐圧特性に優れ、表示性能および信頼性の向上した画像表示装置を製造することができる。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る製造方法および製造装置により製造されるＦＥＤの一例を示す斜視図。
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った上記ＦＥＤの断面図。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図７は、本発明の第５の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図８は、本発明の第６の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図９は、本発明の第７の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った上記ＦＥＤの断面図。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図７は、本発明の第５の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図８は、本発明の第６の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図９は、本発明の第７の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る製造方法および製造装置を概略的に示す断面図。
以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る画像表示装置の製造方法および製造装置について詳細に説明する。
始めに、本製造方法および製造装置により製造される画像表示装置として、表面伝導型の電子放出素子を備えたＦＥＤを例にとって説明する。
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板厚が１〜３ｍｍ程度の矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍ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１０−４Ｐａ程度の高真空に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。
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、複数のスペーサ１４が設けられている。スペーサ１４としては、板状あるいは柱状のスペーサ等を用いることができる。
前面基板１１の内面上には、蛍光面として、赤、緑、青のストライプ状の蛍光体層１６とマトリックス状の黒色光吸収層１７とを有した蛍光体スクリーン１５が形成されている。蛍光体層１６はドット状に形成されてもよい。蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム膜等からなるメタルバック２０が形成され、更に、メタルバックに重ねてゲッタ膜２２が形成されている。
背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６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表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８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。各電子放出素子１８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。背面基板１２の内面には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。
このようなＦＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０にアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーンへ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起されて発光し、カラー画像を表示する。
次に、上記のように構成されたＦＥＤの製造装置および製造方法について説明する。図３に示すように、製造装置は、真空処理槽で構成された真空チャンバ３０を備え、この真空チャンバには、内部を真空排気する排気ポンプ３２が接続されている。
真空チャンバ３０内には、第１処理電極３４、第２処理電極３６、およびゲッタ装置３８が設けられている。第１および第２処理電極３４、３６は、それぞれ処理対象となる基板とほぼ等しい寸法の板状に形成されている。第１および第２処理電極３４、３６は、ほぼ水平に、かつ、隙間をおいて並んで設けられている。第１および第２処理電極３４、３６は、それぞれ接地電位に接続されている。
第１および第２処理電極３４、３６間にはゲッタ蒸着位置４０が規定され、このゲッタ蒸着位置４０の下方にゲッタ装置３８が配置されている。ゲッタ装置３８は、ゲッタ蒸着位置４０に向かって開放したカバー４２、カバー内の底部に設けられたゲッタ材４４、およびゲッタ材を加熱する加熱機構４５を備えている。加熱機構４５としては、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式の加熱機構を用いることができる。
製造装置は、処理対象となる基板に電圧を印加する電源４６、並びに、真空チャンバ３０内において、基板を第１処理電極３４と対向する第１電界処理位置、ゲッタ蒸着位置４０、および第２処理電極３６と対向する第２電界処理位置の間で搬送する図示しない基板搬送機構を備えている。
次に、製造装置により基板を処理する方法について説明する。ここでは、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０が形成された前面基板１１を処理する場合について説明する。
図３に示すように、まず、排気ポンプ３２により真空チャンバ３０内を所望の真空度まで真空排気し、真空チャンバ内を真空雰囲気とする。続いて、真空チャンバ３０内に前面基板１１を搬入し、第１電界処理位置に設置する。この第１電界処理位置において、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面全体が第１処理電極３４と所望の隙間を置いて対向配置される。
次に、電界印加部として機能する電源４６をメタルバック２０に電気的に接続し、電源４６からメタルバックに電圧を印加する。メタルバック２０に印加する電圧は、メタルバックと第１処理電極３４との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と第１処理電極３４との間に電界が発生し、前面基板１１が電界処理される。この電界処理により、前面基板１１上に残留していた塵、埃等の異物を第１処理電極３４に吸着し除去するとともに、前面基板の生産過程で形成された不用な突起などを除去する。
電界処理が完了した後、第１処理電極３４と前面基板１１との間に電位差を与えたまま、かつ第１処理電極３４との間隔を保ちながら、前面基板をゲッタ蒸着位置４０に搬送する。このように電位差を維持することにより、第１処理電極３４で吸着した異物あるいは除去された突起を第１処理電極上に保持し、前面基板１１側に再度付着することを防止する。
ゲッタ蒸着位置４０において、前面基板１１はそのメタルバック２０側の表面が下を向いた状態でゲッタ装置３８のカバー４２の上部開口と対向する。この状態で、カバー４２の底部上に設けられたゲッタ材４４を加熱機構４５により加熱して蒸発させ、ゲッタフラッシュを行う。これにより、前面基板１１のメタルバック２０上にゲッタを蒸着しゲッタ膜２２を形成する。なお、前面基板１１の下方に位置したゲッタ材４４を用いて、下から上に向かってゲッタフラッシュすることにより、ゲッタフラッシュに伴って発生する粉塵等が前面基板１１側に付着することが防止される。
ゲッタ膜２２の成膜後、電源４６との接続を維持した状態で、前面基板１１をゲッタ蒸着位置４０から第２電界処理位置に搬送する。第２電界処理位置において、前面基板１１は、ゲッタ膜２２側の表面全体が第２処理電極３６と所望の隙間を置いて対向配置される。
続いて、電源４６からメタルバック２０およびゲッタ膜２２に電圧を印加する。印加する電圧は、前面基板１１と第２処理電極３６との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と第２処理電極３６との間に電界を発生させ、前面基板１１を再び電界処理する。電界処理により、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ３０内の浮遊物質等の前面基板に付着した塵、埃等の異物を第２処理電極３６に吸着し除去するとともに、ゲッタ蒸着工程で前面基板に形成された不用な突起などを除去する。
その後、前面基板１１と第２処理電極３６との間に電位差を与えたまま、かつ、処理電極３４との間隔を保ちながら、前面基板を第２処理電極から遠ざける。一方、配線２１および電子放出素子１８等が形成された背面基板１２は、ゲッタ蒸着を除いて上記と同様の工程により電界処理される。ただし、背面基板１２の電界処理は少なくとも１回行えばよい。
電界処理された前面基板１１および背面基板１２を大気に晒すことなく真空雰囲気中に維持した状態で図示しない封着位置へ搬送し、ここで互いに封着して真空外囲器１０を形成する。これにより、ＦＥＤの真空外囲器が完成する。なお、基板の封着は、上述した電界処理を行う真空チャンバ３０と同一の真空チャンバ内、あるいは、真空チャンバ３０と真空状態で連通した他の真空チャンバ内のいずれで行ってもよい。
上記のように構成された製造方法および製造装置によれば、真空チャンバへ投入される前に前面基板１１、背面基板１２に付着した粉塵などの異物および前面基板、背面基板の生産過程で形成された不用な突起などを除去することができる。また、これらの基板を真空チャンバへ投入した後、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ内の浮遊物質等の基板に付着した塵、埃等の異物を除去することができる。これにより、放電発生のトリガとなる要因を取り除き、耐圧特性の向上したＦＥＤを得ることができる。特に、前面基板、背面基板の電界処理、およびゲッタ蒸着処理を真空チャンバ内で行った後、これらの基板を大気に晒すことなく互いに封着して真空外囲器を形成することにより、大気中の粉塵などが基板に再付着する恐れがなく、初期放電および長期に渡る放電の抑制を実現することができる。
その結果、放電に伴う蛍光面や電子放出素子の破壊、劣化、更には、駆動回路の破壊を防止し、ＦＥＤの信頼性向上および長寿命化を図ることができる。同時に、アノード電位を高く設定することが可能となり、高輝度で表示性能の高いＦＥＤを得ることができる。
上述した第１の実施形態では、処理電極をゲッタ装置３８の前後にそれぞれ設ける構成としたが、図４に示す第２の実施形態のように、処理電極を１個としても実施可能である。この場合、処理電極３４により前面基板１１の電界処理を行った後、前面基板をゲッタ蒸着位置４０に搬送しゲッタ蒸着を行なう。その後、前面基板１１を再び処理電極３４と対向する位置に戻し、電界処理を行う。
このような構成によれば、上述した第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、製造装置の簡略化を図ることができる。
図５に示す第３の実施形態のように、処理電極３４を１個とし、ゲッタ膜を形成した後にのみ、前面基板１１を処理電極３４と対向する電界処理位置に搬送し、前面基板の電界処理を行う構成としてもよい。この場合においても、最終的に真空外囲器内に露出して背面基板１２と対向するゲッタ膜２２を電界処理することにより、ゲッタ膜に付着した粉塵などの異物および製造過程で形成された不用な突起などを除去することができる。その結果、ＦＥＤの耐圧特性を充分に向上させることが可能となる。
あるいは、処理電極を１つとし、ゲッタ膜蒸着前にのみ電界処理を行う構成としてもよく、この場合でも耐圧特性の向上を図ることができる。
更に、上述した実施形態では、基板の下方に配置されたゲッタ材を用いて、下から上に向かってゲッタフラッシュすることにより、ゲッタフラッシュに伴って発生する粉塵の基板への付着を低減する構成としたが、図６に示す第４の実施形態のように、ゲッタ材４４を含むゲッタ装置３８を処理対象となる基板の上方に配置し、上から下に向かってゲッタフラッシュを行う構成とすることもできる。ゲッタフラッシュの方向は、上下方向に限らず、他の方向からでも実施可能であることは言うまでもない。
図７に示す第５の実施形態のように、電界処理を行う際、基板側を接地電位とし、電源４６から処理電極３４、３６自体に電圧を印加する構成としてもよい。この構成によれば、高電圧印加が可能となり、電界処理の効果を高めることができる。例えば、処理電極３４、３６にマイナスの電位を印加することで、前面基板１１または背面基板１２にプラスの電位を印加した事になり、前述した実施形態と同様の効果を得られるとともに、高電圧が印加できるメリットがある。もちろん、処理電極にプラス電位を印加しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
なお、上述した第２ないし第５の実施の形態において、他の構成は前述した第１の実施の形態と同一であり、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する。
次に、この発明の第６の実施形態に係るＦＥＤの製造装置および製造方法について説明する。図８に示すように、製造装置は、真空処理槽で構成された真空チャンバ３０を備え、この真空チャンバには、内部を真空排気する排気ポンプ３２が接続されている。
真空チャンバ３０内には、ゲッタ膜を形成するゲッタ装置３８が配置されている。ゲッタ装置３８は、下端に開口３７を有したほぼ箱状のカバー４２を備えている。カバー４２内の天井壁にはゲッタ材４４が設けられ、開口３７と対向している。更に、ゲッタ装置３８は、ゲッタ材４４を加熱する加熱機構４５を備えている。加熱機構４５としては、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式の加熱機構を用いることができる。
カバー４２の開口３７は、処理対象となる基板とほぼ等しい寸法に形成されている。そして、この開口３７を覆うようにして処理電極３４が設けられ、カバー４２に取り付けられている。処理電極３４には、ゲッタが通過するための多数の透孔が全体に渡って形成され、開孔部を構成している。
製造装置は、処理対象となる基板に電圧を印加する電源４６、並びに、真空チャンバ３０内において、基板を処理電極３４と対向する処理位置、すなわち、電界処理位置およびゲッタ蒸着位置、に搬送する図示しない基板搬送機構を備えている。
なお、処理基板を処理電極３４と対向する処理位置に配置した状態において、ゲッタ材４４と処理電極との間隔は、処理電極と処理基板との間隔よりも広くなるように設定されている。
次に、上記製造装置により基板を処理する方法について説明する。ここでは、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０が形成された前面基板１１を処理する場合について説明する。
図８に示すように、まず、排気ポンプ３２により真空チャンバ３０内を所望の真空度まで真空排気し、真空チャンバ内を真空雰囲気とする。続いて、真空チャンバ３０内に前面基板１１を搬入し、図示の処理位置に配置する。処理位置において、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面全体が処理電極３４と所望の隙間を置いて対向配置される。
次に、電界印加部として機能する電源４６をメタルバック２０に電気的に接続し、電源４６からメタルバックに電圧を印加する。この時、処理電極３４は接地電位に接続されている。メタルバック２０に印加する電圧は、メタルバックと処理電極３４との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と処理電極３４との間に電界が発生し、前面基板１１が電界処理される。この電界処理により、前面基板１１上に残留していた塵、埃等の異物を処理電極３４に吸着し除去するとともに、前面基板の生産過程で形成された不用な突起などを除去する。
電界処理が完了した後、処理電極３４と前面基板１１との間に電位差を与えたまま、前面基板１１を処理電極３４と対向しない位置まで移動させる。これにより、処理電極３４で吸着した異物あるいは除去された突起を処理電極上に保持し、前面基板１１上への異物あるいは除去された突起の落下及び再付着を防ぐ。また、電界処理後に電位差が与えられていない状態の時、処理電極３４によって吸着あるいは除去された異物、突起等は、前面基板１１上ではなく、真空チャンバ３０内へ落下する事になり、再度基板が搬送された時の異物あるいは除去された突起が基板上に落下するのを防止できる。
次に再度、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面全体が処理電極３４と所望の隙間を置いて対向配置され、カバー４２の天井壁に設けられたゲッタ材４４を加熱機構４５により加熱して蒸発させ、ゲッタフラッシュを行う。これにより、ゲッタの一部は、処理電極３４の内、透孔が形成されていない領域上に蒸着されてゲッタ膜５０を形成する。ゲッタの残りの部分は処理電極３４の透孔を通過して前面基板１１のメタルバック２０上に蒸着され、ゲッタ膜２２を形成する。
この時、前面基板１１と処理電極３４との間の間隔は処理電極とゲッタ材４４との間の間隔よりも小さく設定され、前面基板１１と処理電極３４との間のコンダクタンスは、処理電極とゲッタ材４４との間のコンダクタンスよりも小さい。そのため、ゲッタフラッシュ時にゲッタ材４４から放出されたガスは、処理電極３４を先に通り、この処理電極上に形成されたゲッタ膜５０により吸着され、前面基板１１に達することがない。従って、前面基板１１上に形成されたゲッタ膜２２がこのガスによって劣化されることはない。
ゲッタ膜２２の成膜後、電源４６からメタルバック２０およびゲッタ膜２２に電圧を印加する。印加する電圧は、前面基板１１と処理電極３４との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と処理電極３４との間に電界を発生させ、前面基板１１を再び電界処理する。そして、電界処理により、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ３０内の浮遊物質等の前面基板１１に付着した塵、埃等の異物を処理電極３４に吸着し除去するとともに、ゲッタ蒸着工程で前面基板に形成された不用な突起などを除去する。
その後、前面基板１１と処理電極３４との間に電位差を与えたまま、前面基板１１を電極３４と対向しない位置まで移動させる。以上により、前面基板１１の電界処理およびゲッタ膜形成が終了する。
一方、配線２１および電子放出素子１８等が形成された背面基板１２は、ゲッタ蒸着を除いて上記と同様の工程により電界処理する。ただし、背面基板１２の電界処理は少なくとも１回行えばよい。
電界処理された前面基板１１および背面基板１２を大気に晒すことなく真空雰囲気中に維持した状態で図示しない封着位置へ搬送し、ここで互いに封着して真空外囲器１０を形成する。これにより、ＦＥＤの真空外囲器が完成する。なお、基板の封着は、上述した電界処理を行う真空チャンバ３０と同一の真空チャンバ内、あるいは、真空チャンバ３０と真空状態で連通した他の真空チャンバ内のいずれで行ってもよい。
上記のように構成された製造方法および製造装置によれば、真空チャンバへ投入される前に前面基板１１、背面基板１２に付着した粉塵などの異物および前面基板、背面基板の生産過程で形成された不用な突起などを電界処理により除去することができる。また、これらの基板を真空チャンバへ投入した後、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ内の浮遊物質等の基板に付着した塵、埃等の異物を電界処理によって除去することができる。これにより、放電発生のトリガとなる要因を取り除き、耐圧特性の向上したＦＥＤを得ることができる。特に、前面基板、背面基板の電界処理、およびゲッタ蒸着処理を真空チャンバ内で行った後、これらの基板を大気に晒すことなく真空外囲器を形成することにより、大気中の粉塵などが基板に再付着する恐れがなく、初期放電および長期に渡る放電の抑制を実現することができる。
その結果、放電に伴う蛍光面や電子放出素子の破壊、劣化、更には、駆動回路の破壊を防止し、ＦＥＤの信頼性向上および長寿命化を図ることができる。同時に、アノード電位を高く設定することが可能となり、高輝度で表示性能の高いＦＥＤを得ることができる。更に、前面基板１１に形成されたゲッタ膜のガス吸着特性の劣化を防止でき、長期間に渡って高い真空度を維持し超寿命の製品を得ることができる。
また、処理電極に開孔部を設けることにより、処理基板を同一の位置に保持した状態で、電界処理およびゲッタ膜蒸着を行うことができる。これにより、処理工程の簡略化および製造装置の簡略化を図ることが可能となる。処理電極の開孔部が設けられていない領域にもゲッタ膜を形成し、ゲッタフラッシュ時に発生するガスをこのゲッタ膜により吸着することができ、その結果、前面基板上に形成されたゲッタ膜は劣化することなく高いガス吸着特性を維持することが可能となる。
上述した第６の実施形態では、ゲッタ膜の蒸着前後で２回の電界処理を行う構成としたが、ゲッタ膜を形成した後のみに、前面基板１１の電界処理を行う構成としてもよい。この場合においても、最終的に真空外囲器内に露出して背面基板１２と対向するゲッタ膜２２を電界処理することにより、ゲッタ膜に付着した粉塵などの異物および製造過程で形成された不用な突起などを除去することができる。その結果、ＦＥＤの耐圧特性を充分に向上させることができ、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。あるいは、ゲッタ膜蒸着前にのみ電界処理を行う構成としてもよく、この場合でも耐圧特性の向上を図ることができる。
上述した第６の実施形態では、処理基板の上方に配置されたゲッタ材４４を用いて、上から下に向かってゲッタフラッシュする構成としたが、図９に示す第７の実施形態のように、ゲッタ材４４を処理基板の下方に配置し、下から上に向かってゲッタフラッシュを行う構成とすることもできる。この場合、ゲッタフラッシュに伴って発生する粉塵の基板への付着を一層確実に低減することが可能となる。ゲッタフラッシュの方向は、上下方向に限らず、他の方向からでも実施可能であることは言うまでもない。
図１０に示す第８の実施形態によれば、処理電極３４は絶縁碍子６０等の絶縁部材により、カバー４２に対してフローティング状態に支持されている。処理電極３４には電源４６が電気的に接続され、前面基板１１のメタルバックは接地電位に接続されている。この構成によれば、処理電極３４自体に高電圧を印加可能となり、電界処理の効果を高めることができる。例えば、処理電極３４にマイナスの電位を印加することで、前面基板１１または背面基板１２にプラスの電位を印加した事になり、前述した実施形態と同様の効果を得られる。更に、高電圧が印加できると言ったメリットがある。もちろん、処理電極３４にプラス電位を印加しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
第７および第８の実施形態において、他の構成は前述した第６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する。
この発明は上述した複数の実施形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態において、処理電極は、処理対象となる基板とほぼ同一の寸法を有した構成としたが、基板よりも寸法の小さな処理電極を用い、この処理電極と基板とを相対的に移動させることにより基板の全面を電界処理する構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、前面基板および背面基板の両方を真空雰囲気中で電界処理する構成としてが、少なくとも一方の基板を電界処理することによっても耐圧特性の向上した画像表示装置を得ることができる。この発明は、ＦＥＤに限らず、他の画像表示装置にも適用可能である。
始めに、本製造方法および製造装置により製造される画像表示装置として、表面伝導型の電子放出素子を備えたＦＥＤを例にとって説明する。
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板厚が１〜３ｍｍ程度の矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍ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１０−４Ｐａ程度の高真空に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。
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、複数のスペーサ１４が設けられている。スペーサ１４としては、板状あるいは柱状のスペーサ等を用いることができる。
前面基板１１の内面上には、蛍光面として、赤、緑、青のストライプ状の蛍光体層１６とマトリックス状の黒色光吸収層１７とを有した蛍光体スクリーン１５が形成されている。蛍光体層１６はドット状に形成されてもよい。蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム膜等からなるメタルバック２０が形成され、更に、メタルバックに重ねてゲッタ膜２２が形成されている。
背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６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表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８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。各電子放出素子１８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。背面基板１２の内面には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。
このようなＦＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０にアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーンへ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起されて発光し、カラー画像を表示する。
次に、上記のように構成されたＦＥＤの製造装置および製造方法について説明する。図３に示すように、製造装置は、真空処理槽で構成された真空チャンバ３０を備え、この真空チャンバには、内部を真空排気する排気ポンプ３２が接続されている。
真空チャンバ３０内には、第１処理電極３４、第２処理電極３６、およびゲッタ装置３８が設けられている。第１および第２処理電極３４、３６は、それぞれ処理対象となる基板とほぼ等しい寸法の板状に形成されている。第１および第２処理電極３４、３６は、ほぼ水平に、かつ、隙間をおいて並んで設けられている。第１および第２処理電極３４、３６は、それぞれ接地電位に接続されている。
第１および第２処理電極３４、３６間にはゲッタ蒸着位置４０が規定され、このゲッタ蒸着位置４０の下方にゲッタ装置３８が配置されている。ゲッタ装置３８は、ゲッタ蒸着位置４０に向かって開放したカバー４２、カバー内の底部に設けられたゲッタ材４４、およびゲッタ材を加熱する加熱機構４５を備えている。加熱機構４５としては、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式の加熱機構を用いることができる。
製造装置は、処理対象となる基板に電圧を印加する電源４６、並びに、真空チャンバ３０内において、基板を第１処理電極３４と対向する第１電界処理位置、ゲッタ蒸着位置４０、および第２処理電極３６と対向する第２電界処理位置の間で搬送する図示しない基板搬送機構を備えている。
次に、製造装置により基板を処理する方法について説明する。ここでは、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０が形成された前面基板１１を処理する場合について説明する。
図３に示すように、まず、排気ポンプ３２により真空チャンバ３０内を所望の真空度まで真空排気し、真空チャンバ内を真空雰囲気とする。続いて、真空チャンバ３０内に前面基板１１を搬入し、第１電界処理位置に設置する。この第１電界処理位置において、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面全体が第１処理電極３４と所望の隙間を置いて対向配置される。
次に、電界印加部として機能する電源４６をメタルバック２０に電気的に接続し、電源４６からメタルバックに電圧を印加する。メタルバック２０に印加する電圧は、メタルバックと第１処理電極３４との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と第１処理電極３４との間に電界が発生し、前面基板１１が電界処理される。この電界処理により、前面基板１１上に残留していた塵、埃等の異物を第１処理電極３４に吸着し除去するとともに、前面基板の生産過程で形成された不用な突起などを除去する。
電界処理が完了した後、第１処理電極３４と前面基板１１との間に電位差を与えたまま、かつ第１処理電極３４との間隔を保ちながら、前面基板をゲッタ蒸着位置４０に搬送する。このように電位差を維持することにより、第１処理電極３４で吸着した異物あるいは除去された突起を第１処理電極上に保持し、前面基板１１側に再度付着することを防止する。
ゲッタ蒸着位置４０において、前面基板１１はそのメタルバック２０側の表面が下を向いた状態でゲッタ装置３８のカバー４２の上部開口と対向する。この状態で、カバー４２の底部上に設けられたゲッタ材４４を加熱機構４５により加熱して蒸発させ、ゲッタフラッシュを行う。これにより、前面基板１１のメタルバック２０上にゲッタを蒸着しゲッタ膜２２を形成する。なお、前面基板１１の下方に位置したゲッタ材４４を用いて、下から上に向かってゲッタフラッシュすることにより、ゲッタフラッシュに伴って発生する粉塵等が前面基板１１側に付着することが防止される。
ゲッタ膜２２の成膜後、電源４６との接続を維持した状態で、前面基板１１をゲッタ蒸着位置４０から第２電界処理位置に搬送する。第２電界処理位置において、前面基板１１は、ゲッタ膜２２側の表面全体が第２処理電極３６と所望の隙間を置いて対向配置される。
続いて、電源４６からメタルバック２０およびゲッタ膜２２に電圧を印加する。印加する電圧は、前面基板１１と第２処理電極３６との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と第２処理電極３６との間に電界を発生させ、前面基板１１を再び電界処理する。電界処理により、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ３０内の浮遊物質等の前面基板に付着した塵、埃等の異物を第２処理電極３６に吸着し除去するとともに、ゲッタ蒸着工程で前面基板に形成された不用な突起などを除去する。
その後、前面基板１１と第２処理電極３６との間に電位差を与えたまま、かつ、処理電極３４との間隔を保ちながら、前面基板を第２処理電極から遠ざける。一方、配線２１および電子放出素子１８等が形成された背面基板１２は、ゲッタ蒸着を除いて上記と同様の工程により電界処理される。ただし、背面基板１２の電界処理は少なくとも１回行えばよい。
電界処理された前面基板１１および背面基板１２を大気に晒すことなく真空雰囲気中に維持した状態で図示しない封着位置へ搬送し、ここで互いに封着して真空外囲器１０を形成する。これにより、ＦＥＤの真空外囲器が完成する。なお、基板の封着は、上述した電界処理を行う真空チャンバ３０と同一の真空チャンバ内、あるいは、真空チャンバ３０と真空状態で連通した他の真空チャンバ内のいずれで行ってもよい。
上記のように構成された製造方法および製造装置によれば、真空チャンバへ投入される前に前面基板１１、背面基板１２に付着した粉塵などの異物および前面基板、背面基板の生産過程で形成された不用な突起などを除去することができる。また、これらの基板を真空チャンバへ投入した後、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ内の浮遊物質等の基板に付着した塵、埃等の異物を除去することができる。これにより、放電発生のトリガとなる要因を取り除き、耐圧特性の向上したＦＥＤを得ることができる。特に、前面基板、背面基板の電界処理、およびゲッタ蒸着処理を真空チャンバ内で行った後、これらの基板を大気に晒すことなく互いに封着して真空外囲器を形成することにより、大気中の粉塵などが基板に再付着する恐れがなく、初期放電および長期に渡る放電の抑制を実現することができる。
その結果、放電に伴う蛍光面や電子放出素子の破壊、劣化、更には、駆動回路の破壊を防止し、ＦＥＤの信頼性向上および長寿命化を図ることができる。同時に、アノード電位を高く設定することが可能となり、高輝度で表示性能の高いＦＥＤを得ることができる。
上述した第１の実施形態では、処理電極をゲッタ装置３８の前後にそれぞれ設ける構成としたが、図４に示す第２の実施形態のように、処理電極を１個としても実施可能である。この場合、処理電極３４により前面基板１１の電界処理を行った後、前面基板をゲッタ蒸着位置４０に搬送しゲッタ蒸着を行なう。その後、前面基板１１を再び処理電極３４と対向する位置に戻し、電界処理を行う。
このような構成によれば、上述した第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、製造装置の簡略化を図ることができる。
図５に示す第３の実施形態のように、処理電極３４を１個とし、ゲッタ膜を形成した後にのみ、前面基板１１を処理電極３４と対向する電界処理位置に搬送し、前面基板の電界処理を行う構成としてもよい。この場合においても、最終的に真空外囲器内に露出して背面基板１２と対向するゲッタ膜２２を電界処理することにより、ゲッタ膜に付着した粉塵などの異物および製造過程で形成された不用な突起などを除去することができる。その結果、ＦＥＤの耐圧特性を充分に向上させることが可能となる。
あるいは、処理電極を１つとし、ゲッタ膜蒸着前にのみ電界処理を行う構成としてもよく、この場合でも耐圧特性の向上を図ることができる。
更に、上述した実施形態では、基板の下方に配置されたゲッタ材を用いて、下から上に向かってゲッタフラッシュすることにより、ゲッタフラッシュに伴って発生する粉塵の基板への付着を低減する構成としたが、図６に示す第４の実施形態のように、ゲッタ材４４を含むゲッタ装置３８を処理対象となる基板の上方に配置し、上から下に向かってゲッタフラッシュを行う構成とすることもできる。ゲッタフラッシュの方向は、上下方向に限らず、他の方向からでも実施可能であることは言うまでもない。
図７に示す第５の実施形態のように、電界処理を行う際、基板側を接地電位とし、電源４６から処理電極３４、３６自体に電圧を印加する構成としてもよい。この構成によれば、高電圧印加が可能となり、電界処理の効果を高めることができる。例えば、処理電極３４、３６にマイナスの電位を印加することで、前面基板１１または背面基板１２にプラスの電位を印加した事になり、前述した実施形態と同様の効果を得られるとともに、高電圧が印加できるメリットがある。もちろん、処理電極にプラス電位を印加しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
なお、上述した第２ないし第５の実施の形態において、他の構成は前述した第１の実施の形態と同一であり、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する。
次に、この発明の第６の実施形態に係るＦＥＤの製造装置および製造方法について説明する。図８に示すように、製造装置は、真空処理槽で構成された真空チャンバ３０を備え、この真空チャンバには、内部を真空排気する排気ポンプ３２が接続されている。
真空チャンバ３０内には、ゲッタ膜を形成するゲッタ装置３８が配置されている。ゲッタ装置３８は、下端に開口３７を有したほぼ箱状のカバー４２を備えている。カバー４２内の天井壁にはゲッタ材４４が設けられ、開口３７と対向している。更に、ゲッタ装置３８は、ゲッタ材４４を加熱する加熱機構４５を備えている。加熱機構４５としては、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式の加熱機構を用いることができる。
カバー４２の開口３７は、処理対象となる基板とほぼ等しい寸法に形成されている。そして、この開口３７を覆うようにして処理電極３４が設けられ、カバー４２に取り付けられている。処理電極３４には、ゲッタが通過するための多数の透孔が全体に渡って形成され、開孔部を構成している。
製造装置は、処理対象となる基板に電圧を印加する電源４６、並びに、真空チャンバ３０内において、基板を処理電極３４と対向する処理位置、すなわち、電界処理位置およびゲッタ蒸着位置、に搬送する図示しない基板搬送機構を備えている。
なお、処理基板を処理電極３４と対向する処理位置に配置した状態において、ゲッタ材４４と処理電極との間隔は、処理電極と処理基板との間隔よりも広くなるように設定されている。
次に、上記製造装置により基板を処理する方法について説明する。ここでは、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０が形成された前面基板１１を処理する場合について説明する。
図８に示すように、まず、排気ポンプ３２により真空チャンバ３０内を所望の真空度まで真空排気し、真空チャンバ内を真空雰囲気とする。続いて、真空チャンバ３０内に前面基板１１を搬入し、図示の処理位置に配置する。処理位置において、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面全体が処理電極３４と所望の隙間を置いて対向配置される。
次に、電界印加部として機能する電源４６をメタルバック２０に電気的に接続し、電源４６からメタルバックに電圧を印加する。この時、処理電極３４は接地電位に接続されている。メタルバック２０に印加する電圧は、メタルバックと処理電極３４との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と処理電極３４との間に電界が発生し、前面基板１１が電界処理される。この電界処理により、前面基板１１上に残留していた塵、埃等の異物を処理電極３４に吸着し除去するとともに、前面基板の生産過程で形成された不用な突起などを除去する。
電界処理が完了した後、処理電極３４と前面基板１１との間に電位差を与えたまま、前面基板１１を処理電極３４と対向しない位置まで移動させる。これにより、処理電極３４で吸着した異物あるいは除去された突起を処理電極上に保持し、前面基板１１上への異物あるいは除去された突起の落下及び再付着を防ぐ。また、電界処理後に電位差が与えられていない状態の時、処理電極３４によって吸着あるいは除去された異物、突起等は、前面基板１１上ではなく、真空チャンバ３０内へ落下する事になり、再度基板が搬送された時の異物あるいは除去された突起が基板上に落下するのを防止できる。
次に再度、前面基板１１は、メタルバック２０側の表面全体が処理電極３４と所望の隙間を置いて対向配置され、カバー４２の天井壁に設けられたゲッタ材４４を加熱機構４５により加熱して蒸発させ、ゲッタフラッシュを行う。これにより、ゲッタの一部は、処理電極３４の内、透孔が形成されていない領域上に蒸着されてゲッタ膜５０を形成する。ゲッタの残りの部分は処理電極３４の透孔を通過して前面基板１１のメタルバック２０上に蒸着され、ゲッタ膜２２を形成する。
この時、前面基板１１と処理電極３４との間の間隔は処理電極とゲッタ材４４との間の間隔よりも小さく設定され、前面基板１１と処理電極３４との間のコンダクタンスは、処理電極とゲッタ材４４との間のコンダクタンスよりも小さい。そのため、ゲッタフラッシュ時にゲッタ材４４から放出されたガスは、処理電極３４を先に通り、この処理電極上に形成されたゲッタ膜５０により吸着され、前面基板１１に達することがない。従って、前面基板１１上に形成されたゲッタ膜２２がこのガスによって劣化されることはない。
ゲッタ膜２２の成膜後、電源４６からメタルバック２０およびゲッタ膜２２に電圧を印加する。印加する電圧は、前面基板１１と処理電極３４との間でプラスあるいはマイナスの電位差が生じるように設定する。これにより、前面基板１１と処理電極３４との間に電界を発生させ、前面基板１１を再び電界処理する。そして、電界処理により、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ３０内の浮遊物質等の前面基板１１に付着した塵、埃等の異物を処理電極３４に吸着し除去するとともに、ゲッタ蒸着工程で前面基板に形成された不用な突起などを除去する。
その後、前面基板１１と処理電極３４との間に電位差を与えたまま、前面基板１１を電極３４と対向しない位置まで移動させる。以上により、前面基板１１の電界処理およびゲッタ膜形成が終了する。
一方、配線２１および電子放出素子１８等が形成された背面基板１２は、ゲッタ蒸着を除いて上記と同様の工程により電界処理する。ただし、背面基板１２の電界処理は少なくとも１回行えばよい。
電界処理された前面基板１１および背面基板１２を大気に晒すことなく真空雰囲気中に維持した状態で図示しない封着位置へ搬送し、ここで互いに封着して真空外囲器１０を形成する。これにより、ＦＥＤの真空外囲器が完成する。なお、基板の封着は、上述した電界処理を行う真空チャンバ３０と同一の真空チャンバ内、あるいは、真空チャンバ３０と真空状態で連通した他の真空チャンバ内のいずれで行ってもよい。
上記のように構成された製造方法および製造装置によれば、真空チャンバへ投入される前に前面基板１１、背面基板１２に付着した粉塵などの異物および前面基板、背面基板の生産過程で形成された不用な突起などを電界処理により除去することができる。また、これらの基板を真空チャンバへ投入した後、ゲッタ蒸着工程で発生した塵や真空チャンバ内の浮遊物質等の基板に付着した塵、埃等の異物を電界処理によって除去することができる。これにより、放電発生のトリガとなる要因を取り除き、耐圧特性の向上したＦＥＤを得ることができる。特に、前面基板、背面基板の電界処理、およびゲッタ蒸着処理を真空チャンバ内で行った後、これらの基板を大気に晒すことなく真空外囲器を形成することにより、大気中の粉塵などが基板に再付着する恐れがなく、初期放電および長期に渡る放電の抑制を実現することができる。
その結果、放電に伴う蛍光面や電子放出素子の破壊、劣化、更には、駆動回路の破壊を防止し、ＦＥＤの信頼性向上および長寿命化を図ることができる。同時に、アノード電位を高く設定することが可能となり、高輝度で表示性能の高いＦＥＤを得ることができる。更に、前面基板１１に形成されたゲッタ膜のガス吸着特性の劣化を防止でき、長期間に渡って高い真空度を維持し超寿命の製品を得ることができる。
また、処理電極に開孔部を設けることにより、処理基板を同一の位置に保持した状態で、電界処理およびゲッタ膜蒸着を行うことができる。これにより、処理工程の簡略化および製造装置の簡略化を図ることが可能となる。処理電極の開孔部が設けられていない領域にもゲッタ膜を形成し、ゲッタフラッシュ時に発生するガスをこのゲッタ膜により吸着することができ、その結果、前面基板上に形成されたゲッタ膜は劣化することなく高いガス吸着特性を維持することが可能となる。
上述した第６の実施形態では、ゲッタ膜の蒸着前後で２回の電界処理を行う構成としたが、ゲッタ膜を形成した後のみに、前面基板１１の電界処理を行う構成としてもよい。この場合においても、最終的に真空外囲器内に露出して背面基板１２と対向するゲッタ膜２２を電界処理することにより、ゲッタ膜に付着した粉塵などの異物および製造過程で形成された不用な突起などを除去することができる。その結果、ＦＥＤの耐圧特性を充分に向上させることができ、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。あるいは、ゲッタ膜蒸着前にのみ電界処理を行う構成としてもよく、この場合でも耐圧特性の向上を図ることができる。
上述した第６の実施形態では、処理基板の上方に配置されたゲッタ材４４を用いて、上から下に向かってゲッタフラッシュする構成としたが、図９に示す第７の実施形態のように、ゲッタ材４４を処理基板の下方に配置し、下から上に向かってゲッタフラッシュを行う構成とすることもできる。この場合、ゲッタフラッシュに伴って発生する粉塵の基板への付着を一層確実に低減することが可能となる。ゲッタフラッシュの方向は、上下方向に限らず、他の方向からでも実施可能であることは言うまでもない。
図１０に示す第８の実施形態によれば、処理電極３４は絶縁碍子６０等の絶縁部材により、カバー４２に対してフローティング状態に支持されている。処理電極３４には電源４６が電気的に接続され、前面基板１１のメタルバックは接地電位に接続されている。この構成によれば、処理電極３４自体に高電圧を印加可能となり、電界処理の効果を高めることができる。例えば、処理電極３４にマイナスの電位を印加することで、前面基板１１または背面基板１２にプラスの電位を印加した事になり、前述した実施形態と同様の効果を得られる。更に、高電圧が印加できると言ったメリットがある。もちろん、処理電極３４にプラス電位を印加しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
第７および第８の実施形態において、他の構成は前述した第６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する。
この発明は上述した複数の実施形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態において、処理電極は、処理対象となる基板とほぼ同一の寸法を有した構成としたが、基板よりも寸法の小さな処理電極を用い、この処理電極と基板とを相対的に移動させることにより基板の全面を電界処理する構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、前面基板および背面基板の両方を真空雰囲気中で電界処理する構成としてが、少なくとも一方の基板を電界処理することによっても耐圧特性の向上した画像表示装置を得ることができる。この発明は、ＦＥＤに限らず、他の画像表示装置にも適用可能である。
以上詳述したように、本発明によれば、長寿命で耐圧特性に優れ、信頼性の向上した高性能の画像表示装置を製造可能な製造方法、および製造装置を提供することができる。
Claims (18)
- 蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板および背面基板の少なくとも一方の基板と処理電極とを対向させ、上記少なくとも一方の基板と処理電極との間に電界を印加して上記少なくとも一方の基板を電界処理し、
上記電界処理の後、上記前面基板と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着する画像表示装置の製造方法。 - 真空雰囲気中で、ゲッタフラッシュにより上記前面基板の蛍光面側にゲッタ膜を形成した後、上記電界処理を行う請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
- 上記電界処理を行った後、上記封着の前に、真空雰囲気中で、ゲッタフラッシュにより上記前面基板の蛍光面側にゲッタ膜を形成する請求項１に記載の画像表示装置の製造方法
- 真空雰囲気中で、上記電界処理を行った後、上記前面基板の蛍光面側にゲッタフラッシュによりゲッタ膜を形成し、このゲッタ膜の形成された前面基板に対し再び上記電界処理を行う請求項１に記載の画像表示装置の製造方法
- 蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板の蛍光面側にゲッタフラッシュによりゲッタ膜を形成し、
上記前面基板のゲッタ膜側と処理電極とを対向させ、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加して上記前面基板を電界処理し、
上記電界処理された前面基板を真空雰囲気中に維持した状態で、前記背面基板と封着する画像表示装置の製造方法。 - 蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板の蛍光面側と処理電極とを対向させ、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加して前面基板を電界処理した後、上記電界処理された前面基板の蛍光面側にゲッタフラッシュによりゲッタ膜を形成し、
上記ゲッタ膜の形成された前面基板を真空雰囲気中に維持した状態で、前記背面基板と封着する画像表示装置の製造方法。 - 真空雰囲気中で、上記前面基板のゲッタ膜と処理電極とを対向させ、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加して前面基板を電界処理した後、上記前面基板を真空雰囲気中に維持した状態で、前記背面基板と封着する請求項６に記載の画像表示装置の製造方法。
- 真空雰囲気中で、上記前面基板の下方に配置されたゲッタ材を蒸発させて上記ゲッタ膜を形成する請求項２ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
- 蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造方法において、
真空雰囲気中で、上記前面基板と開孔部を有した処理電極とを対向させ、上記前面基板と処理電極との間に電界を印加して上記前面基板を電界処理し、
上記電界処理の後、上記前面基板と背面基板とを真空雰囲気中に維持した状態で互いに封着する画像表示装置の製造方法。 - 真空雰囲気中で、上記処理電極を通してゲッタフラッシュを行い上記前面基板の蛍光面側にゲッタ膜を形成した後、上記電界処理を行う請求項９に記載の画像表示装置の製造方法。
- 上記電界処理を行った後、上記封着の前に、真空雰囲気中で、上記処理電極を通してゲッタフラッシュを行い上記前面基板の蛍光面側にゲッタ膜を形成する請求項９に記載の画像表示装置の製造方法
- 真空雰囲気中で、上記電界処理を行った後、上記処理電極を通してゲッタフラッシュを行い上記前面基板の蛍光面側にゲッタ膜を形成し、このゲッタ膜の形成された前面基板に対し再び上記電界処理を行う請求項９に記載の画像表示装置の製造方法
- 上記ゲッタフラッシュにより上記処理電極上にゲッタ膜を形成する請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
- 上記ゲッタフラッシュに用いるゲッタ材と上記処理電極との間のコンダクタンスを、上記処理電極と前面基板との間のコンダクタンスよりも大きく設定した状態で、上記ゲッタフラッシュを行う請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
- 蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造装置において、
内部が真空に維持されているとともに上記前面基板および背面基板の少なくとも一方の基板を収納可能な真空チャンバと、
上記真空チャンバ内に上記少なくとも一方の基板と対向して配置された処理電極と、
上記少なくとも一方の基板と処理電極との間に電界を印加する電界印加部と、
上記真空チャンバ内に設けられ上記少なくとも一方の基板にゲッタ膜を形成するゲッタ装置と、を備えた画像表示装置の製造装置。 - 蛍光面が形成された前面基板と、複数の電子放出素子が設けられた背面基板とを備えた画像表示装置の製造装置において、
内部が真空に維持されているとともに上記前面基板を収納可能な真空チャンバと、
上記真空チャンバ内に上記前面基板と対向して配置され開孔部を有した処理電極と、
上記前面基板と処理電極との間に電界を印加する電界印加部と、
を備えた画像表示装置の製造装置。 - 上記真空チャンバ内において、上記処理電極を間に挟んで上記前面基板と対向して配置され、上記前面基板上にゲッタ膜を形成するゲッタ装置を備えている請求項１６に記載の画像表示装置の製造装置。
- 上記ゲッタ装置は、上記処理電極を間に挟んで上記前面基板と対向して配置されたゲッタ材を備え、ゲッタ材と上記処理電極との間のコンダクタンスは、上記処理電極と前面基板との間のコンダクタンスよりも大きく設定されている請求項１７に記載の画像表示装置の製造装置。
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