專利名稱：圖像顯示裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括相對地配置的基片和配置在一基片上的多個電子發(fā)射元件的圖像顯示裝置以及其制造方法。
背景技術：
最近，開發(fā)了取代顯像管(以下稱為CRT)作為下一代輕量、薄型的顯示裝置的各種各樣的平面型圖像顯示裝置。在這樣的圖像顯示裝置中，有利用液晶取向來控制光的強弱的液晶顯示器(以下稱為LCD)、利用等離子放電的紫外線使熒光體發(fā)光的等離子顯示屏(以下稱為PDP)、利用場致發(fā)射型電子發(fā)射元件的電子束使熒光體發(fā)光的場致發(fā)射顯示器(以下稱為FED)、利用表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射元件的電子束使熒光體發(fā)光的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器(以下稱為SED)等各種各樣的顯示裝置。
例如，F(xiàn)ED或SED一般具有保持規(guī)定的間距相對地配置的前面基片和背面基片。這些基片經(jīng)長方形框狀的側壁互相接合各周邊部，從而構成真空外殼。在前面基片的內(nèi)表面形成熒光屏，在背面基片的內(nèi)表面設置有作為激發(fā)熒光體使其發(fā)光的電子發(fā)射源的多個電子發(fā)射元件。
為了支撐施加在前面基片和背面基片上的大氣壓負載，在這些基片之間配置有多個支撐構件。背面基片側的電位大致為接地電位，對熒光面外加陽極電壓Va。然后，通過將電子發(fā)射元件發(fā)射的電子束照射在構成熒光屏的紅、綠、藍的熒光體上，使熒光體發(fā)光，來顯示圖像。
如此的FED或SED能夠使顯示裝置的厚度薄到數(shù)mm左右，與用于現(xiàn)在的電視機或計算機的顯示器的CRT相比較，能夠達到輕量化、薄型化。
在上述的FED或SED中，必須將外殼的內(nèi)部抽成高真空。另外，在PDP中也必須先將外殼內(nèi)抽成真空，然后充入放電氣體。
作為外殼抽真空的方法如下。具體為首先，將外殼的構成構件即前面基片、背面基片、側壁用適當?shù)姆饨硬牧显诖髿庵屑訜徇M行接合，接著，在通過設置在前面基片或背面基片的排氣管對外殼內(nèi)部進行排氣之后，真空封閉排氣管。但是，通過排氣管進行排氣的方法應用到平面型外殼時，排氣速度極低，能夠達到的真空度也很低。因此，在產(chǎn)量和特性面上存在問題。
作為解決該問題的方法，例如特開2000-229825號公報披露了以下方法，即在真空室內(nèi)進行構成外殼的前面基片和背面基片的最后組裝。
在該方法中，首先，將放入真空室內(nèi)的前面基片和背面基片充分加熱。這是為了減少成為外殼真空度惡化的主要因素的從外殼內(nèi)壁放出的氣體。接著，在前面基片和背面基片已冷卻、真空室內(nèi)達到足夠的真空度時，在熒光面屏幕上形成用于改善、維持外殼真空度的吸氣膜。接著，將前面基片和背面基片再加熱到使充填在前面基片和背面基片中的至少一基片上的封接材料熔化的溫度。在該狀態(tài)下，將前面基片和背面基片組合在規(guī)定的位置，利用封接材料將封接部進行封接。然后，冷卻前面基片和背面基片，直到封接材料固化為止。
該方法兼有封接工序和真空封閉工序，不必花費排氣所需的大量時間，并能得到高真空度的外殼。而且，在該方法中，作為封接材料最好使用適用于封接、封閉一并處理的低熔點金屬材料，例如銦。
另外，在前面基片和背面基片的各處理工序中，如果在封接面只要有一點點污垢的狀態(tài)下將銦充填到該封接面上，則銦相對于封接面的浸潤性下降。因此，封接時，銦從所希望的封接區(qū)域中流向其它的區(qū)域，成為產(chǎn)生泄漏的原因。
特別是，在如SED的圖像顯示裝置中必須有高的真空度，只要在封接層上有一處發(fā)生泄漏就成為次品。為了增強封接部的密閉性，提高可靠性，必須提高銦相對于污染的封接面的浸潤性。
以下例可作為解決上述問題的方法，即在封接面設置由金屬糊漿等形成的襯底層，以提高銦對于封接面的浸潤性。但是，在該情況下，為了形成襯底層，必須增加制造工序，從而提高了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供增強了封接部的密閉性、具有高可靠性的圖像顯示裝置以及其制造方法。
為了達到上述目的，與本發(fā)明的實施例相關的圖像顯示裝置，包括具有背面基片和與該背面基片相對地配置的前面基片的外殼、以及設置在所述外殼內(nèi)側的多個像素顯示元件，上述前面基片和上述背面基片利用封接材料封接各周邊部，利用上述封接材料封接的上述前面基片和上述背面基片中的至少一基片的封接面是經(jīng)過改性處理的。
而且，與本發(fā)明的其它實施例相關的圖像顯示裝置的制造方法，所述圖像顯示裝置包括具有背面基片和與該背面基片相對地配置的前面基片的外殼、以及設置在所述外殼內(nèi)側的多個圖像顯示元件，所述前面基片和所述背面基片利用封接材料封接各周邊部，所述制造方法中，對所述前面基片和所述背面基片中的至少一基片的封接面進行改性處理，在改性處理后的封接面上充填封接材料之后，利用該封接材料封接所述前面基片和所述背面基片的各周邊部。
根據(jù)上述的圖像顯示裝置以及其制造方法，封接面通過改性處理使其成為活性化了的清潔面。由此，提高了封接材料對于封接面的浸潤性，封接時，即使在封接材料熔化了的情況下，也能夠防止封接材料從封接面流出。因此，能夠防止封接部的泄漏，得到提高了密閉性和可靠性的圖像顯示裝置。


圖1是表示與本發(fā)明的實施方式相關的FED的立體圖。
圖2是表示除去上述FED的前面基片的狀態(tài)的立體圖。
圖3是沿著圖1的線III-III的剖面圖。
圖4是表示上述FED的熒光屏的平面圖。
圖5是表示在構成上述FED的真空外殼的側壁的封接面和前面基片的封接面上形成銦層的狀態(tài)的剖面圖。
圖6是概略表示用于上述FED制造中的真空處理裝置。
圖7是表示在通過化學和物理研磨或加熱處理對封接面進行改性處理的情況下、與不對封接面進行改性處理的情況下比較真空加熱中的銦的浸潤性的結果。
圖8是表示在與本發(fā)明的其它實施方式相關的FED的制造方法中、在構成真空外殼的側壁的封接面和前面基片的封接面上形成銦層的狀態(tài)的剖面圖。
具體實施例方式
以下參照附圖來詳細說明將本發(fā)明的圖像顯示裝置應用到FED中的實施方式。
如圖1至圖3所示，該FED包括作為絕緣基片分別由長方形狀的玻璃構成的前面基片11和背面基片12，這些基片保持大約1.5～3.0mm的間距相對地配置。前面基片11和背面基片12通過長方形框狀的側壁18接合各周邊部，構成內(nèi)部維持真空狀態(tài)的扁平長方形狀的真空外殼10。
在真空外殼10的內(nèi)部設置支撐施加在背面基片12和前面基片11上的大氣壓負載的多個板狀的支撐構件14。這些支撐構件14沿著與真空外殼10的短邊平行的方向延伸，同時沿著與其長邊平行的方向保持規(guī)定的間隔配置。支撐構件14不只限于板狀，也可以使用柱狀的支撐構件。
如圖4所示，在前面基片11的內(nèi)表面上形成熒光屏16。將發(fā)出紅、藍、綠的三色光的線狀熒光層R、G、B和位于這些熒光層之間作為非發(fā)光部的線狀光吸收層20排列起來，構成該熒光屏16。熒光層R、G、B沿著與真空外殼10的短邊平行的方向延伸，同時沿著與其長邊平行的方向保持規(guī)定的間隔配置。在熒光屏16上蒸鍍未圖示的作為金屬背層的鋁層。
如圖3所示，在背面基片12的內(nèi)表面上設置著作為激發(fā)熒光層R、G、B的電子發(fā)射源的多個電子發(fā)射元件22。這些電子發(fā)射元件22分別構成作為發(fā)射電子束的，場致發(fā)射型電子發(fā)射元件。構成像素顯示元件的這些電子發(fā)射元件22對應各像素排列成多列和多行。
詳細地說就是，在背面基片12的內(nèi)表面上形成導電性陰極層24，在該導電性陰極層上形成具有多個空腔25的二氧化硅膜26。在二氧化硅膜26上形成由鉬、鈮等構成的柵電極28。在背面基片12的內(nèi)表面上的各空腔25內(nèi)設置由鉬等構成的圓錐體狀的電子發(fā)射元件22。另外，在背面基片12上成矩陣狀設置向電子發(fā)射元件22供給電位的多條布線。
在具有上述結構的FED中，圖像信號輸入到以單純矩陣方式形成的電子發(fā)射元件22和柵電極28，在以電子發(fā)射元件22為基準的情況下，輝度最高的狀態(tài)時，外加+100V的柵電壓。對熒光屏16外加+10kV的電壓。通過柵電極28的電壓調(diào)制電子發(fā)射元件22發(fā)射的電子束，該電子束激發(fā)熒光屏16的熒光層使其發(fā)光。由此來顯示圖像。
為了這樣對熒光屏16外加高電壓，前面基片11、背面基片12、側壁18、支撐構件14由具有高應變點的玻璃形成。如后所述，在背面基片12與側壁18之間利用焊料玻璃等低熔點玻璃30封接。前面基片11與側壁18之間由含有作為低熔點封接材料的銦的銦層31封接。銦層31呈帶狀，以長方形框狀沿著側壁18延伸。
接著來詳細說明具有上述結構的FED的制造方法。
首先，在成為前面基片11的板玻璃上形成熒光屏16。這可通過以下步驟來完成。預先準備與前面基片11相同大小的板玻璃，在該板玻璃上用繪圖機形成熒光層的條形圖。將形成熒光體條形圖的板玻璃和前面基片用的板玻璃放在定位夾具上并固定在曝光臺上。在該狀態(tài)下，通過曝光、顯影，在成為前面基片11的玻璃板上形成熒光屏。接著，與熒光屏16重疊地形成金屬背層。
接著，在背面基片用的板玻璃上形成電子發(fā)射元件22。在該情況下，在板玻璃上形成矩陣狀的導電性陰極層，在該導電性陰極層上，采用例如熱氧化法、CVD法或濺射法來形成二氧化硅的絕緣膜。
接著，在該絕緣膜上，采用例如濺射法或電子束蒸鍍法來形成鉬或鈮等的柵電極形成用的金屬膜。接著，在該金屬膜上利用平版印刷法來形成應形成的柵電極所對應的形狀的抗蝕劑圖形。將該抗蝕劑圖形作為掩膜，通過濕法刻蝕或干法刻蝕法刻蝕對金屬膜進行刻蝕，來形成柵電極28。
接著，將抗蝕劑圖形和柵電極作為掩膜，通過濕法刻蝕或干法刻蝕對絕緣膜進行刻蝕來形成空腔25。接著，在除去抗蝕劑圖形之后，通過從相對于背面基片表面傾斜規(guī)定角度的方向進行電子束蒸鍍，在柵電極28上形成由例如鋁或鎳構成的剝離層。接著，從垂直背面基片表面的方向采用電子束蒸鍍法蒸鍍作為陰極形成用材料、例如鉬。由此，在各空腔25的內(nèi)部形成電子發(fā)射元件22。然后，采用剝離法去除剝離層和其上形成的金屬膜。
接著，如圖5所示，在大氣中利用低熔點玻璃30互相封接形成了電子發(fā)射元件22的背面基片12的周邊部和長方形框狀的側壁18。
接著，通過側壁18互相封接背面基片12和前面基片11。在該情況下，首先，對成為封接面32、33的側壁18的上表面和前面基片11的內(nèi)表面周邊部進行物理研磨處理、化學研磨處理、或熱處理。由此，將封接面32、33改性，使其成為清潔面，以提高對于銦的浸潤性。接著，在封接面32、33上涂抹銦，形成分別綿延全周的長方形框狀的銦層31。
還有，作為封接材料，希望使用熔點約為350℃以下具有良好的密封性、接合性的低熔點金屬材料。本實施方式使用的銦(In)，不僅熔點低，僅為156.7℃，而且還具有蒸氣壓低、即使在低溫也不變脆等優(yōu)點。
另外，作為低熔點金屬材料，不僅可使用銦的單體，也可使用至少將銀、鎳、鈷、金、銅、錫、鉍、鋅中的任何一種元素以單獨或復合的形式添加到銦中而得到的合金。例如，In97％-Ag3％的共晶合金，熔點更低，僅為141℃，而且能增強其機械強度。
在上述說明中，使用了[熔點]這一表達方式，在由兩種以上的金屬構成的合金中，有的情況熔點不固定在一點上。一般在這樣的情況下，定義液相線溫度和固相線溫度。前者為從液體的狀態(tài)開始溫度下降時，合金的一部分開始固化時的溫度，而后者是合金全部固化時的溫度。在本實施方式中，為了便于說明，在這樣的情況下也用熔點這一表達方式，并決定稱固相線溫度為熔點。
接著，將在封接面33上形成銦層31的前面基片11、和在背面基片12上封接了側壁18同時在該側壁上面即封接面32上形成銦層31的背面?zhèn)冉M裝體，如圖5所示，以封接面彼此之間面對面的狀態(tài)，并且，利用夾具等保持以規(guī)定的間隔相對著的狀態(tài)，放入真空處理裝置中。
如圖6所示，真空處理裝置100依次設有裝料室101、烘烤及電子束清洗室102、冷卻室103、吸氣膜蒸鍍室104、組裝室105、冷卻室106，以及卸料室107。各室構成作為能夠真空處理的處理室，在制造FED時全室經(jīng)過真空排氣。由閘閥連接各相鄰的處理室。
將保持規(guī)定的間隔相對著的背面?zhèn)冉M裝體和前面基片11放入裝料室101，在裝料室101內(nèi)形成真空氣氛之后，送入烘烤及電子束清洗室102。在烘烤及電子束清洗室102中，當達到10-5Pa左右的高真空度時，將背面?zhèn)冉M裝體和前面基片11加熱到300℃左右的溫度進行烘烤，充分釋放各構件的表面吸附氣體。
而且，在烘烤及電子束清洗室102中進行加熱的同時，用未圖示的電子束發(fā)生裝置產(chǎn)生的電子束照射前面基片11的熒光屏表面和背面基片12的電子發(fā)射元件表面。該電子束由裝在電子束發(fā)生裝置外部的偏轉裝置進行偏轉掃描。由此，用電子束清洗全部熒光屏表面和電子發(fā)射元件表面。
加熱及電子束清洗之后，將背面?zhèn)冉M裝體和前面基片11送到冷卻室103中，冷卻到例如大約100℃。接著，將背面?zhèn)冉M裝體和前面基片11送到蒸鍍室104中，這里在熒光屏的外表面蒸鍍形成作為吸氣膜的鋇(Ba)膜。鋇膜能夠防止其表面由于氧氣或碳等造成的污染，維持活性狀態(tài)。
接著，將背面?zhèn)冉M裝體和前面基片11送到組裝室105中，在這里將其加熱到200℃。由此，銦層31再次熔化成液體或軟化。在該狀態(tài)下，前面基片11與側壁18接合并對其施加規(guī)定的壓力之后，慢慢冷卻銦使其固化。由此，利用銦層31封接前面基片11和側壁18，形成真空外殼10。
這樣形成的真空外殼10在冷卻室106冷卻到常溫之后，從卸料室107中取出。之后，經(jīng)過各種各樣的后工序，完成FED。
根據(jù)具有如此結構的FED以及其制造方法，通過在真空氣氛中封接前面基片11和背面基片12，而且，兼有烘烤和電子束清洗，就能夠充分釋放側壁表面吸附氣體。同時，使吸氣膜不氧化，能夠維持充分的氣體吸附效果。因此，能夠得到可維持高真空度的FED。另外通過使用作為封接材料的銦，不會產(chǎn)生用焊料玻璃成為問題的在真空中的發(fā)泡現(xiàn)象，能夠得到密閉性高的FED。
如果在未處理狀態(tài)的封接面32、33上形成銦層，在真空中加熱到例如300℃使銦熔化，則銦不沾在封接面上。這是由于封接面32、33上的殘留雜質(zhì)使銦的浸潤性變差而造成的。因此，如上所述，用化學和物理研磨劑、即CeO2研磨封接面32、33，除去封接面32、33的雜質(zhì)。由此，封接面32、33改性，形成清潔面，大大提高了銦的浸潤性。因此，即使在真空加熱中銦也不會不沾在表面，能夠防止封接部產(chǎn)生泄漏。其結果，能夠得到密閉性高的真空外殼。
研磨劑不只限于CeO2，只要具有化學研磨和物理研磨效果的材料都可以，可以使用例如二氧化錳(MnO2)、三氧化二錳(Mn2O3)、四氧化三猛(Mn3O4)等?；瘜W研磨和物理研磨不只限于封接面32、33，也可以研磨處理整個前面基片11或背面基片12的內(nèi)表面。
進一步，也可以不只限于化學研磨和物理研磨，可以在真空中或大氣中，通過將封接面或整個基片在200℃以上、最好為300℃以上進行加熱處理，將封接面32、33改性。
通過上述的化學研磨和物理研磨、或加熱處理對封接面進行改性處理之后的情況，與對封接面不進行改性處理的情況相比較，測試了真空加熱中的銦的浸潤性，其結果示于圖7。在圖7中，×、△、○分別表示×浸潤性發(fā)生惡化；△比沒有改性處理的浸潤性惡化要少，但有可能產(chǎn)生泄漏；○浸潤性好。
從該圖可知，在研磨處理封接面的情況下，不管用怎么樣的研磨劑都能得到良好的浸潤性。而且，關于加熱處理，既可以在真空中也可以在大氣中進行加熱處理，在200℃以上、最好為300℃以上都能得到良好的浸潤性。
就這樣，通過用化學和物理研磨劑研磨封接面，或?qū)Ψ饨用孢M行加熱處理使其改性成清潔面，就能夠大大提高銦相對于封接面的浸潤性。因此，封接時不用擔心從所希望的封接區(qū)域流出銦，即使50英時以上的大型FED，也能夠?qū)崿F(xiàn)密閉性和可靠性高的封接結構。
本發(fā)明不只限于上述實施方式，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)可作各種各樣的變形。例如，電子發(fā)射元件可不只限于場致發(fā)射型電子發(fā)射元件，也可以使用pn型冷陰極元件或表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射元件等其它電子發(fā)射元件。而且，本發(fā)明也可應用于等離子顯示屏(PDP)、電致發(fā)光(EL)等其它圖像顯示裝置。
在上述的實施方式中，雖然只敘述了在前面基片11的封接面33和側壁18的封接面32這兩面形成銦層31狀態(tài)的封接結構，但也可只在任何一個封接面，例如如圖8所示，只在前面基片11的封接面33形成銦層31的狀態(tài)，封接前面基片11和側壁18而構成。而且，也可以用銦等金屬封接材料封接背面基片12的周邊部和側壁18。在該情況下，只要將背面基片12的內(nèi)表面周邊部作為封接面，用與上述實施方式相同的方法對該封接面進行改性處理之后，進行封接即可。
工業(yè)上的實用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過由化學和物理研磨處理、或加熱處理對封接面進行改性，就大大提高了相對于封接材料的浸潤性，能夠得到增強了封接部的密閉性、具有高可靠性的圖像顯示裝置以及其制造方法。
權利要求
1.一種圖像顯示裝置，其特征在于，包括具有背面基片和與該背面基片相對地配置的前面基片的外殼、以及設置在所述外殼內(nèi)側的多個像素顯示元件，所述前面基片和所述背面基片利用封接材料封接各周邊部，所述前面基片和所述背面基片中的至少一基片具有進行改性處理、同時利用所述封接材料封接的封接面。
2.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述封接材料是低熔點金屬材料。
3.如權利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述低熔點金屬材料是銦(In)或含有銦的合金。
4.如權利要求3所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述含有銦的合金至少含有銀(Ag)、鎳(Ni)、鈷(Co)、金(Au)、銅(Cu)、錫(Sn)、鉍(Bi)、鋅(Zn)中的任何一種。
5.如權利要求1至4中的任何一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述封接面是利用化學或物理的研磨劑進行研磨處理而得到的改性面。
6.如權利要求5所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述封接面是用二氧化鈰(CeO2)、二氧化錳(MnO2)、三氧化二錳(Mn2O3)、四氧化三猛(Mn3O4)中的任何一種進行研磨處理而得到的改性面。
7.如權利要求1至4中的任何一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述封接面是經(jīng)過200℃以上的加熱處理而得到的改性面。
8.一種圖像顯示裝置的制造方法，所述圖像顯示裝置包括具有背面基片和與該背面基片相對地配置的前面基片的外殼、以及設置在所述外殼內(nèi)側的多個圖像顯示元件，所述前面基片和所述背面基片利用封接材料封接各周邊部，其特征在于，對所述前面基片和所述背面基片中的至少一基片的封接面進行改性處理，在改性處理后的封接面上充填封接材料之后，利用該封接材料封接所述前面基片和所述背面基片的各周邊部。
9.如權利要求8所述的圖像顯示裝置的制造方法，其特征在于，利用二氧化鈰(CeO2)、二氧化錳(MnO2)、三氧化二錳(Mn2O3)、四氧化三猛(Mn3O4)中的任何一種研磨劑研磨所述封接面，進行改性處理。
10.如權利要求8所述的圖像顯示裝置的制造方法，其特征在于，將所述封接面加熱到200℃以上，進行改性處理。
11.如權利要求8-10中的任何一項所述的圖像顯示裝置的制造方法，其特征在于，所述封接材料是低熔點金屬材料。
12.如權利要求11所述的圖像顯示裝置的制造方法，其特征在于，所述低熔點金屬材料是銦或含有銦的合金。
全文摘要
圖像顯示裝置的真空外殼(10)包括相對地配置的背面基片(12)和前面基片(11)。在真空外殼內(nèi)設置著多個電子發(fā)射元件(22)。前面基片和上述背面基片利用封接材料(32)來封接各周邊部。前面基片和背面基片中的至少一基片具有進行改性處理、同時利用封接材料封接的封接面(32、33)。
文檔編號H01J5/00GK1653578SQ0380916
公開日2005年8月10日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權日2002年6月11日
發(fā)明者山田晃義, 海野洋敬, 橫田昌廣, 西村孝司 申請人:株式會社東芝