WO2003105181A1 - 画像表示装置およびその製造方法 - Google Patents

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image display
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substrate
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山田　晃義
海野　洋敬
横田　昌広
西村　孝司
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株式会社 東芝
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    • H01J2329/8675—Seals between the frame and the front and/or back plate

Definitions

  • Image display device and method of manufacturing the same
  • the present invention relates to an image display device including: a substrate disposed to face, a large number of electron-emitting devices disposed on one substrate, and a method for manufacturing the same.
  • Such flat-panel display devices include a liquid crystal display (hereinafter referred to as an LCD) that controls the intensity of light using the orientation of the liquid crystal, and a plasma that emits phosphors by ultraviolet rays of plasma discharge.
  • LCD liquid crystal display
  • plasma that emits phosphors by ultraviolet rays of plasma discharge.
  • a display panel (hereinafter, referred to as PDP), a field emission display (hereinafter, referred to as FED) for emitting phosphors by an electron beam of a field emission type electron-emitting device, and a surface
  • FED field emission display
  • SEDs surface conduction electron emission displays
  • FEDs and SEDs generally have a front substrate and a rear substrate opposed to each other with a predetermined gap. These substrates constitute a vacuum envelope by joining their peripheral parts to each other via a rectangular frame-shaped side wall.
  • a phosphor screen is formed on the inner surface of the front substrate, and a number of electron-emitting devices are provided on the inner surface of the rear substrate as electron emission sources for exciting the phosphor to emit light.
  • a plurality of support members are provided between these substrates.
  • the potential on the rear substrate side is almost the ground potential, and an anode voltage Va is applied to the phosphor screen.
  • the red, green, and blue phosphors that make up the phosphor screen are irradiated with the electron beam emitted from the electron-emitting device, causing the phosphor to emit light, thereby forming an image. indicate.
  • Such FEDs and SEDs can reduce the thickness of the display device to a few millimeters, and can be compared to CRTs currently used as displays for televisions and computers. As a result, the weight and thickness can be reduced.
  • the front substrate, the back substrate, and the side walls, which are the components of the envelope are heated and joined in the air with an appropriate sealing material, and then joined.
  • the inside of the envelope is evacuated through an exhaust pipe provided on the front substrate or the rear substrate, and then the exhaust pipe is vacuum-sealed.
  • the exhaust speed is extremely low, and the achievable vacuum degree is low. For this reason, there are problems in mass productivity and characteristics.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-229825 discloses that the final assembly of a front substrate and a rear substrate constituting an envelope is performed in a vacuum chamber. How to do is shown.
  • the front substrate and the rear substrate carried into the vacuum chamber are sufficiently heated. This is to reduce the outgassing from the inner wall of the envelope, which is the main factor that deteriorates the degree of vacuum in the envelope.
  • the getter film for improving and maintaining the degree of vacuum in the envelope is screened with a phosphor screen. Form on top.
  • the front substrate and the rear substrate are heated again to a temperature at which at least one of the sealing materials filled in the front substrate and the rear substrate is dissolved.
  • the front substrate and the rear substrate are combined at predetermined positions, and the sealing portion is sealed with a sealing material.
  • the front substrate and the rear substrate are cooled until the sealing material solidifies.
  • the sealing surface is filled with an indium while the sealing surface is slightly contaminated, the indium has a wettability to the sealing surface. Lower. Therefore, at the time of sealing, indium may flow out of a desired sealing area to another area, which may cause a leak.
  • an image display device such as an SED requires a high degree of vacuum, and if any leak occurs in any part of the sealing layer, it becomes a defective product. In order to improve the airtightness and reliability of the sealing part, It is necessary to improve the wettability of indium on the contaminated sealing surface.
  • a method of improving the wettability of indium to the sealing surface by providing an underlayer made of metal paste or the like on the sealing surface can be considered.
  • the number of manufacturing steps and manufacturing costs for forming the underlayer increase.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an image display device in which the sealing portion has high airtightness and improved reliability, and a method of manufacturing the same.
  • an image display device includes an envelope having a rear substrate, a front substrate opposed to the rear substrate, and an inside provided inside the envelope. , A plurality of pixel display elements, and
  • the peripheral portions of the front substrate and the rear substrate are sealed with a sealing material, and at least one of the front substrate and the rear substrate sealed with the sealing material is sealed.
  • the surface has been modified.
  • a method of manufacturing an image display device includes: an envelope having a rear substrate, a front substrate disposed to face the rear substrate, and an inner container provided inside the envelope. A plurality of pixel display elements, and wherein the front substrate and the rear substrate are sealed by a sealing material.
  • the sealing surface becomes a clean surface reactivated by the modification treatment.
  • the wettability of the sealing material to the sealing surface is improved, and even when the sealing material is melted at the time of sealing, it is possible to prevent the sealing material from flowing out of the sealing surface. Therefore, it is possible to prevent the leakage of the sealing portion and obtain an image display device with improved airtightness and reliability.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an FED according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state where a front substrate of the FED is removed
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 1 1 1 1 1 1 1 of FIG. 1,
  • Fig. 4 is a plan view showing the phosphor screen of the FED
  • Fig. 5 shows a state in which an indium layer is formed on the sealing surface of the side wall and the sealing surface of the front substrate constituting the vacuum envelope of the FED.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a vacuum processing apparatus used for manufacturing the above FED.
  • FIG. 7 shows the wettability of the indium during vacuum heating when the sealing surface is modified by chemical and physical polishing or heat treatment, and when the sealing surface is not modified.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which an indium layer is formed on a sealing surface of a side wall constituting a vacuum envelope and a sealing surface of a front substrate in a method of manufacturing an FED according to another embodiment of the present invention. It is a figure.
  • this FED includes a front substrate 11 and a rear substrate 12 each made of rectangular glass as an insulating substrate. 3. Opposed to each other with a gap of O mm. The front substrate 11 and the rear substrate 12 are connected to each other through a rectangular frame-shaped side wall 18 to form a flat rectangular vacuum envelope 10 whose inside is maintained in a vacuum state. Make up.
  • a plurality of plate-like support members 14 that support an atmospheric pressure load applied to the rear substrate 12 and the front substrate 11 are provided. These support members 14 extend in a direction parallel to the short side of the vacuum envelope 10 and are arranged at predetermined intervals along a direction parallel to the long side.
  • the support member 14 is not limited to the plate shape, and a columnar support member may be used.
  • a phosphor screen 16 is formed on the inner surface of the front substrate 11.
  • the phosphor screen 16 has striped phosphor layers R, G, and B that emit light in three colors, red, blue, and green, and non-light-emitting portions located between these phosphor layers. It is configured by arranging light absorbing layers 20 in a stripe shape.
  • Phosphor layer R, G, and B extend in a direction parallel to the short side of the vacuum envelope 10 and are arranged at predetermined intervals along a direction parallel to the long side. .
  • an aluminum layer (not shown) is deposited as a metal back.
  • a large number of electron-emitting devices 22 are provided as electron-emitting sources for exciting the phosphor layers R, G, and B.
  • Each of these electron-emitting devices 22 is configured as a field-emission electron-emitting device that emits an electron beam.
  • These electron-emitting devices 22 constituting the pixel display device are arranged in a plurality of columns and a plurality of rows corresponding to each pixel.
  • a conductive cathode layer 24 is formed on the inner surface of the rear substrate 12, and a silicon dioxide having a large number of cavities 25 is formed on the conductive cathode layer.
  • a cone film 26 is formed.
  • a gate electrode 28 made of molybdenum, niobium, or the like is formed on the silicon dioxide film 26.
  • a cone-shaped electron-emitting device 22 made of molybdenum or the like is provided in each cavity 25.
  • a number of wirings for supplying a potential to the electron-emitting devices 22 are provided in a matrix.
  • a video signal is input to the electron-emitting device 22 and the gate electrode 28 formed in a simple matrix system.
  • a gate voltage of +100 V is applied when the brightness is highest. +10 kV is applied to phosphor screen 16 n
  • the electron beam emitted from the electron-emitting device 22 is modulated by the voltage of the gate electrode 28, and the electron beam excites the phosphor layer of the phosphor screen 16 to emit light. This displays the image.
  • the front substrate 11, the rear substrate 12, the side walls 18, and the support members 14 are made of high strain point glass. Is formed. As will be described later, the space between the back substrate 12 and the side wall 18 is sealed with a low-melting glass 30 such as a frit glass.
  • the front substrate 11 and the side walls 18 are sealed by an indium layer 31 containing indium (In) as a low melting point sealing material.
  • the indium layer 31 is formed in a band shape, and extends in a rectangular frame shape along the side wall 18.
  • a phosphor screen 16 is formed on a plate glass serving as the front substrate 11.
  • a glass plate having the same size as the front substrate 11 is prepared, and a stripe pattern of a phosphor layer is formed on the glass plate by a plotter machine.
  • the glass sheet on which the phosphor strip pattern is formed and the glass sheet for the front substrate are placed on a positioning jig and set on an exposure table.
  • a phosphor screen is formed on a glass plate to be the front substrate 11. Thereafter, a metal knock is formed on the phosphor screen 16.
  • the electron-emitting device 22 is formed on the glass plate for the rear substrate. I do.
  • a matrix-like conductive cathode layer is formed on a sheet glass, and the conductive force source layer is formed on the conductive glass layer by, for example, a thermal oxidation method, a CVD method, or a sputtering method. Then, an insulating film of a silicon oxide silicon film is formed.
  • a metal film for forming a gate electrode such as Limolybdenum or Niobium is formed on the insulating film by, for example, a sputtering method or an electron beam evaporation method.
  • a resist pattern having a shape corresponding to the gate electrode to be formed is formed on the metal film by a resodara filter.
  • the metal film is re-etched by a wet etching method or a dry etching method to form a gate electrode 28.
  • the insulating film is etched by a wet etching method or a dry etching method to form cavities 25.
  • electron beam evaporation is performed from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the rear substrate surface, so that aluminum or nickel is formed on the gate electrode 28.
  • a release layer made of Thereafter, for example, molybdenum as a material for forming a force source is vapor-deposited from a direction perpendicular to the rear substrate surface by an electron beam vapor deposition method.
  • the electron-emitting device 22 is formed inside each cavity 25.
  • the release layer and the metal film formed thereon are removed by a lift-off method.
  • the periphery of the back substrate 12 on which the electron-emitting devices 22 are formed and the rectangular frame-shaped side wall 18 are moved in air. They are sealed to each other by low melting point glass 30.
  • the rear substrate 12 and the front substrate 11 are sealed to each other via the side wall 18.
  • first, physical polishing, chemical polishing, or heat treatment is performed on the upper surface of the side wall 18 serving as the sealing surfaces 32 and 33 and the inner peripheral portion of the front substrate 11.
  • the sealing surfaces 32 and 33 are modified into clean surfaces, and the wettability to indium is improved.
  • an indium is applied to the sealing surfaces 32 and 33 to form a rectangular frame-shaped indium layer 31 extending over the entire circumference.
  • a sealing material it is desirable to use a low-melting-point metal material having a melting point of about 350 ° C. or less and excellent adhesion and bonding properties.
  • Indium (In) used in the present embodiment has not only a melting point as low as 156.7 ° C., but also has excellent features such as a low vapor pressure and not being brittle even at a low temperature.
  • the low melting point metal material is not a simple substance of In, but at least Ag, Ni, Co, Au, Cu, Sn, Bi, Zn.
  • An alloy in which any one of the above elements is added alone or in combination may be used.
  • the melting point in a eutectic alloy of In 97% -Ag 3%, the melting point can be further reduced to 141 ° C, and the mechanical strength can be increased.
  • the expression “melting point” is used.
  • an alloy composed of two or more metals may not have a single melting point.
  • the liquidus temperature and the solidus temperature are generally defined.
  • the former is the temperature at which part of the alloy begins to solidify when the temperature is lowered from the liquid state, and the latter is the temperature at which the alloy begins to solidify. Is the temperature at which all solidification occurs.
  • the expression “melting point” will be used in such a case, and the solidus temperature will be referred to as the melting point.
  • a front substrate 11 having an indium layer 31 formed on a sealing surface 33 and a side wall 18 are sealed on a rear substrate 12 and the upper surface of the side wall, that is, As shown in FIG. 5, the back surface assembly in which the indium layer 31 is formed on the sealing surface 32 faces the sealing surface facing each other at a predetermined interval, as shown in FIG. In this state, it is held by a jig or the like, and then put into a vacuum processing device.
  • the vacuum processing apparatus 100 includes a load chamber 101, a baking, electron beam cleaning chamber 102, a cooling chamber 103, and a getter film deposition chamber, which are arranged in this order. It has 104, an assembly room 105, a cooling room 106, and an unloading room 107. Each of these chambers is configured as a processing chamber capable of vacuum processing, and all of the chambers are evacuated during FED manufacturing. Adjacent processing chambers are connected to each other by gate valves.
  • the rear-side assembly and the front substrate 11 facing each other at a predetermined interval are put into the load chamber 101, and the inside of the load chamber 101 is evacuated to a vacuum atmosphere, and then the baking and the electron beam cleaning chamber are performed. Sent to 102. Base one king, the electron beam cleaning chamber 1 0 2, 1 0 - to 5 P at which point a high vacuum degree of approximately a, rear side assembly and front board 1 1 3 0 0 ° C a temperature of about Heat and bake to release the surface adsorbed gas of each component sufficiently.
  • an electron beam generator (not shown) was used to remove the phosphor on the front substrate 11.
  • the screen surface and the electron-emitting device surface of the rear substrate 12 are irradiated with an electron beam.
  • the electron beam is deflected and scanned by a deflector mounted outside the electron beam generator.
  • the phosphor screen surface and the entire surface of the electron-emitting device are cleaned with an electron beam.
  • the rear substrate side assembly and the front substrate 11 are sent to a cooling chamber 103 and cooled to a temperature of, for example, about 100 ° C.
  • the back-side assembly and the front substrate 11 are sent to a vapor deposition chamber 104, where a Ba film is vapor-deposited on the outer surface of the phosphor screen as a getter film.
  • the Ba film is prevented from being contaminated on its surface with oxygen, carbon, and the like, and maintains an active state.
  • the rear-side assembly and the front substrate 11 are sent to an assembly chamber 105, where they are heated to 200 ° C. Thereby, the indium layer 31 is again melted or softened into a liquid state. In this state, after bonding the front substrate 11 and the side wall 18 to each other and applying a predetermined pressure, the indium is cooled and solidified. Thereby, front substrate 11 and side wall 18 are sealed by indium layer 31 to form vacuum envelope 10.
  • the vacuum envelope 10 thus formed is cooled to room temperature in the cooling chamber 106 and then taken out of the unloading chamber 107. After that, the FED is completed through various post-processes.
  • the front substrate 11 and the rear substrate 12 are sealed in a vacuum atmosphere, and both baking and electron beam cleaning are performed.
  • the surface adsorbed gas on the substrate and the side wall can be sufficiently released.
  • the getter film can maintain a sufficient gas absorbing effect without being oxidized. Therefore, an FED that can maintain a high degree of vacuum can be obtained.
  • indium as a sealing material, it is possible to obtain a highly airtight FED without foaming in a vacuum, which is a problem with the flat glass.
  • An indium layer is formed on the untreated sealing surfaces 32 and 33, and when the indium is melted in a vacuum, for example, by heating to 300 ° C, the indium is deposited on the sealing surfaces. I will be flipped. This is because the impurities remaining on the sealing surfaces 32 and 33 deteriorate the wettability of indium. Therefore, cormorants I described above, to remove the chemical and physical abrasive C e 0 2 by the Rifugi surface 3 2 is, 3 3 by polishing the sealing surface 3 2, 3 3 impurities. Thereby, the sealing surfaces 32 and 33 are reformed to become a clean surface, and the wettability of indium is greatly improved. Accordingly, indium is not repelled even during vacuum heating, and the occurrence of leakage at the sealing portion can be prevented. As a result, a highly airtight vacuum envelope is obtained.
  • Abrasives is not limited to C e O 2, rather by any material with a chemical polishing and physical polishing effect, for example, by using a M n O 2, M n 2 O 3, M n 3 0 4 , etc. Is also good.
  • the chemical polishing and the physical polishing are not limited to the sealing surfaces 32 and 33, and the entire inner surface of the front substrate 11 or the rear substrate 12 may be polished.
  • sealing surface 3 2, 33 may be modified.
  • the sealing surface is polished with a chemical and physical abrasive, or the sealing surface is subjected to a heat treatment to be reformed to become a clean surface.
  • the wettability can be greatly improved. Therefore, there is no danger that the image will flow out of the desired sealing area at the time of sealing, and a sealing structure with high airtightness and reliability is realized even for a large FED of 50 inches or more. be able to.
  • the electron-emitting device is not limited to a field-emission electron-emitting device, and other electron-emitting devices such as a pn cold-cathode device or a surface-conduction electron-emitting device may be used.
  • the present invention also provides a plasma display panel. It can be applied to other image display devices such as (PDP) and Electrified Luminescence (EL).
  • the sealing is performed in a state where the indium layer 31 is formed on both the sealing surface 33 of the front substrate 11 and the sealing surface 32 of the side wall 18.
  • the front substrate and the side wall 18 are sealed while the indium layer 31 is formed only on the sealing surface 33 of the front substrate 11.
  • the configuration may be such that: Further, the space between the peripheral portion of the back substrate 12 and the side wall 18 may be sealed with a metal sealing material such as indium.
  • the inner peripheral edge of the back substrate 12 may be used as a sealing surface, and the sealing surface may be subjected to a modification treatment in the same manner as in the above embodiment, and then sealed.
  • the wettability to a sealing material is greatly improved by modifying the sealing surface by chemical and physical polishing or heat treatment. Further, it is possible to obtain an image display device in which the sealing portion has high airtightness and improved reliability, and a method of manufacturing the same.

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Abstract

画像表示装置の真空外囲器（１０）は、対向配置された背面基板（１２）および前面基板（１１）を備えている。真空外囲器内には、複数の電子放出素子（２２）が設けられている。前面基板および上記背面基板は封着材料（３２）により周辺部同士が封着されている。前面基板および背面基板の少なくとも一方は、改質処理されているとともに封着材料により封着された封着面（３２、３３）を有している。

Description

明 細 書
画像表示装置およびその製造方法
技術分野
この発明は、 対向配置された基板と 、 一方の基板に配置さ れた多数の電子放出素子と 、 を備えた画像表示装置およびそ の製造方法に関する。
背景技術
近年、 陰極線管 （以下、 C R T 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、 L C D 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、 P D P と称する） 、 電界放出型電子放出素子の電子ビームによ リ 蛍光体を発光さ せる フ ィ ール ドェ ミ ッ シ ョ ンディ スプレイ （以下、 F E D 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、 S E D と称する） な どがある。
例えば F E Dや S E D 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 している。 これら の基板は、 矩形枠状の側壁を介 して周辺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 、 蛍光面にはァノ ー ド電圧 V a 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 F E Dや S E Dは、 表示装置の厚さ を数 m m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 C R T 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 F E Dや S E Dでは、 外囲器の内部を高真空 にする こ とが必要と なる。 また、 P D P において も、 外囲器 内を一度真空に 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方法と しては、 まず、 外囲器の構成部 材である前面基板、 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、 その後、 前面基板または背 面基板に設けた排気管を通して外囲器内を排気 した後、 排気 管を真空封止する方法がある。 しか し、 排気管を介 して排気 する方法を平面型の外囲器に適用 した場合、 排気速度が極め て遅く 、 到達できる真空度も低い。 そのため、 量産性および 特性面に問題がある。
この問題を解決する方法と して、 例えば特開 2 0 0 0 — 2 2 9 8 2 5号公報には、 外囲器を構成する前面基板および背 面基板の最終組立を真空槽内にて行う 方法が示されている。 この方法では、 まず、 真空槽内に搬入された前面基板およ び背面基板を十分に加熱する。 これは、 外囲器の真空度を劣 化させる主因 と なっている外囲器内壁からのガス放出を軽減 するためである。 次に、 前面基板および背面基板が冷えて真 空槽内の真空度が十分に上がった時点で、 外囲器の真空度を 改善、 維持させるためのゲッ タ ー膜を蛍光面スク リ ーン上に 形成する。 その後、 前面基板および背面基板の少な く と も一 方に充填された封着材料が溶解する温度まで前面基板および 背面基板を再び加熱する。 この状態で、 前面基板および背面 基板を所定の位置に組み合わせ、 封着材料によ って封着部を 封着する。 その後、 封着材料が固化するまで前面基板および 背面基板を冷却する。
このよ う な方法は、 封着工程と真空封止工程と を兼ねる う え、 排気に伴 う 多大な時間が要らず、 かつ、 高い真空度の外 囲器を得る こ とができる。 また、 この方法では、 封着材料と して、 封着、 封止一括処理に適 した低融点金属材料、 例えば、 イ ンジウムを使用する こ とが望ま しい。
一方、 前面基板および背面基板への各処理工程において、 封着面が若干でも汚れている状態で この封着面上にイ ンジゥ ムを充填する と 、 イ ンジウムは、 封着面に対する濡れ性が低 く なる。 そのため、 封着時、 イ ンジウムが所望の封着領域か ら他の領域へ流出 し、 リ ーク発生の原因と なる恐れがある。 特に、 S E Dのよ う な画像表示装置では高い真空度が必要 であ り 、 封着層に 1 箇所でも リ ークが生 じる と不良品と なつ て しま う 。 封着部の気密性を上げ信頼性を高 く するためには、 汚染 した封着面に対 して、 イ ンジウムの濡れ性を向上させる 必要がある。
—例と して、 封着面に金属ペース ト等か らなる下地層を設 け、 封着面に対するイ ンジウムの濡れ性を向上する手法が考 え られる。 しか し、 この場合、 下地層を形成するための製造 工程および製造コ ス 卜が増加 して しま う 。
発明の開示
この発明は以上の点に鑑みな されたもので、 その 目 的は、 封着部の気密性が高 く 信頼性の向上 した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。
上記目 的を達成するため、 この発明の態様に係る画像表示 装置は、 背面基板、 およびこの背面基板に対向配置された前 面基板を有 した外囲器と、 上記外囲器の内側に設けられた複 数の画素表示素子と 、 を備え、
上記前面基板および上記背面基板は封着材料によ り 周辺部 同士が封着され、 上記封着材料によ り 封着された上記前面基 板および上記背面基板の少な く と も一方の封着面は、 改質処 理されている。
また、 この発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法 は、 背面基板、 およびこの背面基板に対向配置された前面基 板を有 した外囲器と 、 上記外囲器の内側に設けられた複数の 画素表示素子と 、 を備え、 上記前面基板および上記背面基板 は封着材料によ リ 周辺部同士が封着された画像表示装置の製 造方法において、
上記前面基板および上記背面基板の少な く と も一方の封着 面を改質処理し、 上記改質処理された封着面に封着材料を充 填した後、 この封着材料によ リ上記前面基板および上記背面 基板の周辺部同士を封着している。
上記のよ う な画像表示装置およびその製造方法によれば、 封着面は改質処理するこ と によ リ活性化された清浄面と なる。 これによ り 、 封着面に対する封着材料の濡れ性が向上 し、 封 着時、 封着材料が溶融した場合でも、 封着材料が封着面から 流出する こ と を防止できる。 従って、 封着部の リーク を防止 し、 気密性および信頼性の向上 した画像表示装置を得る こ と ができる。
図面の簡単な説明
図 1 は、 この発明の実施形態に係る F E Dを示す斜視図、 図 2 は 上記 F E Dの前面基板を取り外した状態を示す斜 視図、
図 3 は 図 1 の線 1 1 1一 1 1 1 に沿った断面図、
図 4 は 上記 F E Dの蛍光体スク リーンを示す平面図、 図 5 は 上記 F E Dの真空外囲器を構成する側壁の封着面 および前面基板の封着面にィ ンジゥム層を形成した状態を示 す断面図、
図 6 は、 上記 F E Dの製造に用いる真空処理装置を概略的 に示す図、
図 7 は、 化学的および物理的研磨、 あるいは、 加熱処理に よ り 封着面を改質処理した場合と、 封着面を改質処理しない 場合とで真空加熱中におけるィ ンジゥ厶の濡れ性を比較した 結果を示す図、 および 図 8 は、 この発明の他の実施形態に係る F E Dの製造方法 において、 真空外囲器を構成する側壁の封着面および前面基 板の封着面にイ ンジウム層を形成した状態を示す断面図であ る。
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照 しながら、 この発明の画像表示装置を F E Dに適用 した実施形態について詳細に説明する。
図 1 ない し図 3 に示すよ う に、 この F E D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 1 1 、 および 背面基板 1 2 を備え、 これらの基板は約 1 . 5 〜 3 . O m m の隙間を置いて対向配置されている。 前面基板 1 1 および背 面基板 1 2 は、 矩形枠状の側壁 1 8 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 1 0 を構成している。
真空外囲器 1 0の内部には、 背面基板 1 2 および前面基板 1 1 に加わる大気圧荷重を支える複数の板状の支持部材 1 4 が設けられている。 これらの支持部材 1 4は、 真空外囲器 1 0の短辺と平行な方向に延在 していると ともに、 長辺と平行 な方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。 支持部 材 1 4は板状に限らず、 柱状の支持部材を用いてもよい。
図 4 に示すよ う に、 前面基板 1 1 の内面上には蛍光体スク リーン 1 6 が形成されている。 蛍光体スク リーン 1 6 は、 赤、 青、 緑の 3色に発光するス トライ プ状の蛍光体層 R、 G、 B、 およびこれらの蛍光体層間に位置した非発光部と してのス ト ライ プ状の光吸収層 2 0 を並べて構成されている。 蛍光体層 R、 G 、 Bは、 真空外囲器 1 0 の短辺と平行な方向に延在 し ている と と もに、 長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。 蛍光体スク リーン 1 6上には、 メ タル バック と して図示しないアルミニウム層が蒸着されている。
図 3 に示すよ う に、 背面基板 1 2の内面上には、 蛍光体層 R、 G 、 Bを励起する電子放出源と して多数の電子放出素子 2 2 が設けられている。 これらの電子放出素子 2 2 は、 それ ぞれ電子ビームを放出する電界放出型の電子放出素子と して 構成されている。 画素表示素子を構成する これらの電子放出 素子 2 2 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。
詳細に述べる と、 背面基板 1 2の内面上には、 導電性カ ソ — ド層 2 4が形成され、 この導電性力 ソー ド層上には多数の キヤ ビティ 2 5 を有 した二酸化シ リ コ ン膜 2 6 が形成されて いる。 二酸化シ リ コ ン膜 2 6上には、 モ リ ブデン、 ニオブ等 からなるゲー ト電極 2 8が形成されている。 背面基板 1 2の 内面上において、 各キヤ ビ亍ィ 2 5 内には、 モ リ ブデン等か らなるコーン状の電子放出素子 2 2が設けられている。 その 他、 背面基板 1 2上には、 電子放出素子 2 2 に電位を供給す る多数本の配線がマ ト リ ックス状に設けられている。
上記のよ う に構成された F E Dにおいて、 映像信号は、 単 純マ ト リ ックス方式に形成された電子放出素子 2 2 とゲー ト 電極 2 8 に入力される。 電子放出素子 2 2 を基準と した場合、 最も輝度の高い状態の時、 + 1 0 0 Vのゲー ト電圧が印加さ れる。 蛍光体スク リーン 1 6 には + 1 0 k Vが印加される n 電子放出素子 2 2から放出 される電子 ビームは、 ゲー ト電極 2 8 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 1 6 の蛍光体層を励起 して発光させる。 これによ リ画 像を表示する。
このよ う に蛍光体スク リ ーン 1 6 には高電圧が印加される ため、 前面基板 1 1 、 背面基板 1 2 、 側壁 1 8 、 および支持 部材 1 4 は、 高歪点ガラスによ り形成されている。 後述する よ う に、 背面基板 1 2 と側壁 1 8 との間は、 フ リ ッ トガラス 等の低融点ガラス 3 0 によ って封着されている。 前面基板 1 1 と側壁 1 8 との間は、 低融点封着材と してイ ンジウム （ I n ) を含んだイ ンジウム層 3 1 によ って封着されている。 ィ ンジゥム層 3 1 は帯状に形成され、 側壁 1 8 に沿つて矩形枠 状に延びている。
次に、 上記のよ う に構成された F E Dの製造方法について 詳細に説明する。
まず、 前面基板 1 1 と なる板ガラスに蛍光体スク リ ーン 1 6 を形成する。 これは、 前面基板 1 1 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。 蛍光体ス ト ライ プパタ ーン が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。 この状態で、 露光、 現像 する こ とによ り 、 前面基板 1 1 と なるガラス板上に蛍光体ス ク リ ーンを形成する。 その後、 蛍光体スク リ ーン 1 6 に重ね てメ タルノ ック 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 2 2 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 一 ド層を形成 し、 この導電性力 ソー ド層上に、 例えば熱酸化 法、 C V D法、 あるいはスパッ タ リ ング法によ リ ニ酸化シ リ コ 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 リ モ リ ブデンやニオブな どのゲ一 卜電極形 成用の金属膜を形成する。 次に、 この金属膜上に、 形成すベ きゲー 卜電極に対応 した形状の レジス トパタ ーンを リ ソダラ フ ィ 一によ り 形成する。 この レジス トパタ ーンをマスク と し て金属膜をゥ エ ツ トエ ッチング法または ドライ エ ッチング法 によ リ エ ツチング し、 ゲー ト電極 2 8 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 縁膜をゥ エ ツ 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、 キヤ ビティ 2 5 を形成する。 そ して、 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 2 8 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、 力 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 つて、 各キヤ ビテ ィ 2 5 の内部に電子放出素子 2 2 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 卜オ フ法によ り 除 去する。
次に、 図 5 に示すよ う に、 電子放出素子 2 2 の形成された 背面基板 1 2 の周縁部と矩形枠状の側壁 1 8 と を、 大気中で 低融点ガラス 3 0 によ り互いに封着する。
その後、 背面基板 1 2 と前面基板 1 1 と を側壁 1 8 を介 し て互いに封着する。 この場合、 まず、 封着面 3 2 、 3 3 と な る側壁 1 8 の上面、 および前面基板 1 1 の内面周縁部を物理 研磨処理、 化学研磨処理、 あるいは熱処理する。 これによ り 、 封着面 3 2 、 3 3 を改質 して清浄面と し、 イ ンジウムに対す る濡れ性を向上させる。 続いて、 封着面 3 2 、 3 3 にイ ンジ ゥムを塗布 し、 それぞれ全周に亘つて延びた矩形枠状のィ ン ジゥム層 3 1 を形成する。
なお、 封着材料と しては、 融点が約 3 5 0 °C以下で密着性、 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。 本実施形態で用 いる イ ンジウム （ I n ) は、 融点 1 5 6 . 7 °Cと低いだけでな く 、 蒸気圧が低い、 低温でも脆く な らな いな どの優れた特徴がある。
また、 低融点金属材料と しては、 I n の単体ではな く 、 I n に少な く と も、 A g 、 N i 、 C o 、 A u 、 C u 、 S n 、 B i 、 Z n のいずれか 1 つの元素を単独ある いは複合で添加 し た合金を用 いる こ と も でき る 。 例えば、 I n 9 7 %— A g 3 %の共晶合金では、 融点が 1 4 1 °Cと さ ら に低く な リ 、 し かも機械的強度を高める こ とができる。
上記説明では、 「融点」 と い う 表現を用いているが、 2種 以上の金属か ら なる合金では、 融点が単一に定ま らない場合 がある。 一般にそのよ う な場合には、 液相線温度と固相線温 度が定義される。 前者は、 液体の状態か ら温度を下げていつ た際、 合金の一部が固体化 し始める温度であ り 、 後者は合金 の全てが固体化する温度である。 本実施の形態では、 説明の 便宜上、 このよ うな場合においても融点という表現を用いる こ とに し、 固相線温度を融点と呼ぶこ とにする。
次に、 封着面 3 3 にイ ンジウム層 3 1 が形成された前面基 板 1 1 と、 背面基板 1 2 に側壁 1 8が封着されていると と も にこの側壁上面、 つま り 、 封着面 3 2 にイ ンジウム層 3 1 が 形成された背面側組立体とは、 図 5 に示すよう に、 封着面同 士が向かい合った状態で、 かつ、 所定の間隔をおいて対向 し た状態で治具等によ り保持され、 真空処理装置に投入される。
図 6 に示すよ うに、 真空処理装置 1 0 0は、 順に並んで設 けられたロー ド室 1 0 1 、 ベーキング、 電子線洗浄室 1 0 2、 冷却室 1 0 3 、 ゲッタ膜の蒸着室 1 0 4 、 組立室 1 0 5 、 冷 却室 1 0 6 、 およびアンロー ド室 1 0 7 を有してしゝる。 これ ら各室は真空処理が可能な処理室と して構成され、 F E Dの 製造時には全室が真空排気されている。 隣合う処理室間はゲ 一 トバルブ等によ リ接続されている。
所定の間隔をおいて対向 した背面側組立体および前面基板 1 1 は、 ロー ド室 1 0 1 に投入され、 ロー ド室 1 0 1 内を真 空雰囲気と した後、 ベーキング、 電子線洗浄室 1 0 2へ送ら れる。 ベ一キング、 電子線洗浄室 1 0 2 では、 1 0 - 5 P a 程度の高真空度に達した時点で、 背面側組立体および前面基 板 1 1 を 3 0 0 °C程度の温度に加熱してベーキングし、 各部 材の表面吸着ガスを十分に放出させる。
また、 ベーキング、 電子線洗浄室 1 0 2 では、 加熱と同時 に、 図示 しない電子線発生装置から、 前面基板 1 1 の蛍光体 スク リ ーン面、 および背面基板 1 2 の電子放出素子面に電子 線を照射する。 この電子線は、 電子線発生装置外部に装着さ れた偏向装置によって偏向走査される。 これによ り 、 蛍光体 スク リーン面、 および電子放出素子面の全面を電子線洗浄す る。
加熱、 電子線洗浄後、 背面基板側組立体および前面基板 1 1 は冷却室 1 0 3 に送られ、 例えば約 1 0 0 °Cの温度まで冷 却される。 続いて、 背面側組立体および前面基板 1 1 は蒸着 室 1 0 4へ送られ、 こ こで蛍光体スク リーンの外面にゲッタ 膜と して B a 膜が蒸着形成される。 B a膜は、 その表面が酸 素や炭素などで汚染される こ とが防止され、 活性状態を維持 する。
次に、 背面側組立体および前面基板 1 1 は組立室 1 0 5 に 送られ、 こ こ で 2 0 0 °Cまで加熱される。 これによ り 、 イ ン ジゥム層 3 1 が再び液状に溶融あるいは軟化される。 この状 態で、 前面基板 1 1 と側壁 1 8 と を接合して所定の圧力で加 圧した後、 イ ンジウムを除冷して固化させる。 これによ り 、 前面基板 1 1 と側壁 1 8 とがイ ンジウム層 3 1 によ って封着 され、 真空外囲器 1 0が形成される。
このよ う に して形成された真空外囲器 1 0 は、 冷却室 1 0 6で常温まで冷却された後、 アンロー ド室 1 0 7 から取 り 出 される。 その後、 種々の後工程を経て F E Dが完成する。
以上のよ う に構成された F E Dおよびその製造方法によれ ば、 真空雰囲気中で前面基板 1 1 、 および背面基板 1 2 を封 着する こ とによ り 、 また、 ベーキングおよび電子線洗浄を併 用によ り 、 基板、 側壁の表面吸着ガスを十分に放出させる こ とができる。 同時に、 ゲッタ膜は酸化されずに十分なガス吸 着効果を維持する こ とができる。 従って、 高い真空度を維持 可能な F E Dが得られる。 また、 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 トガラスで問題となる真空中 での発泡がな く 、 気密性の高い F E Dが得られる。
無処理状態の封着面 3 2 、 3 3 にイ ンジウム層を形成し、 真空中で、 例えば、 3 0 0 °Cに加熱してイ ンジウムが溶融す ると、 イ ンジウムは封着面に弾かれて しま う。 これは封着面 3 2 、 3 3上の残存不純物がイ ンジウムの濡れ性を劣化させ ている こ とによる。 そのため、 前述したよ う に、 化学および 物理研磨剤である C e 0 2 によ り封着面 3 2 、 3 3 を研磨 し 封着面 3 2 、 3 3の不純物を除去する。 これによ り 、 封着面 3 2 、 3 3が改質されて清浄面となり 、 イ ンジウムの濡れ性 が大幅に向上する。 従って、 真空加熱中でもイ ンジウムの弾 きが無 く な り 、 封着部の リーク発生を防止する こ とができる。 その結果、 気密性の高い真空外囲器が得られる。
研磨剤は、 C e O 2 に限らず、 化学研磨および物理研磨効 果のある材料であればよ く 、 例えば、 M n O 2 、 M n 2 O 3 、 M n 3 0 4等を用いても良い。 化学研磨および物理研磨は、 封着面 3 2 、 3 3 のみに限らず、 前面基板 1 1 あるいは背面 基板 1 2の内面全体を研磨処理してもよい。
更に、 化学研磨および物理研磨に限らず、 真空中あるいは 大気中で、 封着面あるいは基板全体を 2 0 0 °C以上、 好ま し く は 3 0 0 °C以上で加熱処理するこ とによ り 、 封着面 3 2 、 3 3 を改質してもよい。
上記のよ う な化学的および物理的研磨、 あるいは、 加熱処 理によ り封着面を改質処理した場合と、 封着面を改質処理し ない場合とで、 真空加熱中におけるイ ンジウムの濡れ性をテ ス ト した。 その結果を図 7 に示す。 図 7 において、 X 、 △、 〇は、 X ： 濡れ性劣化が発生、 Δ ： 改質処理無よ り濡れ性劣 化は少ないが、 リークに繋がる可能性有り 、 〇 ： 濡れ性は良 好、 をそれぞれ示 している。
この図から分かるよ う に、 封着面を研磨処理した場合、 い ずれの研磨剤を用いた場合でも良好な濡れ性が得られた。 ま た、 加熱処理については、 真空中での加熱処理および大気中 での加熱処理のいずれにおいても、 2 0 0 °G、 よ り好ま し く は、 3 0 0 °C以上で良好な濡れ性が得られた。
このよ う に、 封着面を化学および物理研磨剤で研磨し、 あ るいは、 封着面を加熱処理して改質 し清浄面とする こ とによ リ 、 封着面に対するイ ンジウムの濡れ性を大幅に向上する こ とができる。 そのため、 封着時に所望の封着領域からイ ンジ ゥムが流出 して しまう恐れがなく 、 5 0 イ ンチ以上の大型の F E Dであっても気密性および信頼性の高い封着構造を実現 するこ とができる。
この発明は上述した実施の形態に限定される 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、 電子放出素 子は、 電界放出型の電子放出素子に限らず、 p n 型の冷陰極 素子あるいは表面伝導型の電子放出素子等の他の電子放出素 子を用いてもよい。 また、 この発明は、 プラズマ表示パネル ( P D P ) 、 エ レク ト 口ルミ ネッセ ンス （ E L ) 等の他の画 像表示装置にも適用可能である。
上述 した実施形態では、 前面基板 1 1 の封着面 3 3 および 側壁 1 8 の封着面 3 2 の両方にイ ンジウム層 3 1 を形成 した 状態で封着する構成と したが、 いずれか一方の封着面のみに、 例えば、 図 8 に示すよ う に、 前面基板 1 1 の封着面 3 3 のみ にイ ンジウム層 3 1 を形成した状態で、 前面基板と側壁 1 8 と を封着する構成と してもよ い。 また、 背面基板 1 2 の周縁 部と側壁 1 8 との間をイ ンジウム等の金属封着材で封着 して もよい。 この場合、 背面基板 1 2 の内面周縁部を封着面と し て、 この封着面を上記実施形態と 同様の方法で改質処理 した 後、 封着すればよい。
産業上の利用可能性
以上詳述 したよ う に、 本発明によれば、 化学および物理研 磨、 ある いは加熱処理によ り 封着面を改質する こ と で、 封着 材料に対する濡れ性を大幅に向上 し、 封着部の気密性が高 く 信頼性の向上 した画像表示装置およびその製造方法を得る こ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 背面基板、 およびこの背面基板に対向配置された前 面基板を有した外囲器と、 上記外囲器の内側に設けられた複 数の画素表示素子と、 を備え、
上記前面基板および上記背面基板は封着材料によ り周辺部 同士が封着され、 上記前面基板および上記背面基板の少な く と も一方は、 改質処理されていると と もに上記封着材料によ リ封着された封着面を有している画像表示装置。
2 . 上記封着材料は、 低融点金属材料である請求項 1 に 記載の画像表示装置。
3 . 上記低融点金属材料は、 I n または I n を含む合金 である請求項 2 に記載の画像表示装置。
4 . 上記 I n を含む合金は、 少な く と も、 A g 、 N i 、 C o 、 A u 、 C u 、 S n 、 Β ί 、 Z n のいずれか 1 つを含ん でいる請求項 3 に記載の画像表示装置
5 . 上記封着面は、 化学的あるいは物理的研磨剤によ り 研磨処理された改質面である請求項 1 ない し 4のいずれか 1 項に記載の画像表示装置。
6 . 上言 S封着面は、 C e C> 2 、 M n 〇 2 、 n 2 ° 3 - M n 3 O 4 のいずれか 1 つで研磨処理された改質面である請 求項 5 に記載の画像表示装置。
7 . 上記封着面は、 2 0 0 °C以上で加熱処理された改質 面である請求項 1 ないし 4のいずれか 1 項に記載の画像表示 装置。
8 . 背面基板、 およびこの背面基板に対向配置された前 面基板を有 した外囲器と 、 上記外囲器の内側に設け られた複 数の画素表示素子と、 を備え、 上記前面基板および上記背面 基板は封着材料によ り 周辺部同士が封着されている画像表示 装置の製造方法において、
上記前面基板および上記背面基板の少な く と も一方の封着 面を改質処理 し、
上記改質処理された封着面に封着材料を充填 した後、 この 封着材料によ り 上記前面基板および上記背面基板の周辺部同 士を封着する画像表示装置の製造方法。
9 . C e O 2 > M n O ゥ 、 M n O g M n g O A のしゝ ずれか 1 つの研磨剤によ り 上記封着面を研磨 して改質処理す る請求項 8 に記載の画像表示装置の製造方法。
1 0 . 上記封着面を 2 0 0 °C以上での加熱 して改質処理 する請求項 8 に記載の画像表示装置の製造方法。
1 1 . 上記封着材料は、 低融点金属材料である請求項 8 ない し 1 0 のいずれか 1 項に記載の画像表示装置の製造方法。
1 2 . 上記低融点金属材料は、 I η または I η を含む合 金である請求項 1 1 に記載の画像表示装置の製造方法。
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