JP2007026999A - 表示装置、およびこの表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、比較的容易且つ安価に製造でき歩留まりを高めることができる表示装置、およびこの表示装置の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】ＳＥＤは、蛍光体スクリーンおよびメタルバックを有する前面基板２、多数の電子放出素子を有する背面基板、前面基板２と背面基板との間に配置される連結スペーサ８、および基板の周縁部を封着するための側壁を有する。連結スペーサ８は、各基板の内面に両端を当接する複数本の柱状スペーサ８ａを扁平な帯状の金属ワイヤ８ｂで連結した構造を有する。
【選択図】 図８

Description

この発明は、背面基板に設けた電子放出素子から電子を放出させて前面基板に設けた蛍光体層を励起発光させることによりカラー画像を表示する表示装置、およびこの表示装置の製造方法に関する。

近年、偏平な平面パネル構造の真空外囲器を有する表示装置として、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等が知られている。また、ＦＥＤの一種として、表面伝導型の電子放出素子を備えた表示装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。

ＳＥＤは、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する。これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部を互いに接合され、内部を真空にされて偏平な平面パネル構造の真空外囲器を構成している。

前面基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、背面基板の内面には、蛍光体層を励起発光させる電子の放出源として、画素毎に対応する多数の電子放出素子が整列配置されている。また、背面基板の内面上には、電子放出素子を駆動するための多数本の配線がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器の外部に引き出されている。

前面基板と背面基板の間には板状のグリッドが配設されている。このグリッドには、電子放出素子に対して整列した位置関係で多数のビーム通過孔が形成されているとともに、前面基板および背面基板の内面に当接することで基板間の隙間を維持するための複数の柱状のスペーサが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

このＳＥＤを動作させる場合、基板間に１０［ｋＶ］程度の高電圧を与え、配線に接続した駆動回路を介して各電子放出素子に選択的に駆動電圧を印加する。これにより、各電子放出素子から選択的に電子ビームが放出され、これら電子ビームが、グリッドの対応するビーム通過孔を通って対応する蛍光体層に照射され、蛍光体層が励起発光されてカラー画像が表示されるようになっている。

上述したように複数のスペーサをグリッドに取り付けたスペーサグリッドを採用した場合、全てのスペーサをグリッドに対して高精度に位置決めして取り付けでき生産性を向上させることができるが、製造が困難であり歩留まりも低く且つグリッドが比較的高価であるため、製造コストが高くなる問題があった。また、全てのスペーサを高精度に位置決めしてグリッドに取り付けたとしても、何らかの理由でグリッドに歪みを生じてしまうと、スペーサの基板に対する当接高さが不均一になり、スペーサグリッドを基板間に配置したとき、特定のスペーサに強い応力が作用して破壊されてしまう問題が生じる。

このため、グリッドを用いずに複数本の柱状のスペーサを１本ずつ位置決めして取り付ける方法も考えられるが、アッセンブリに多くの時間を要し、製造コストが増大する問題が生じる。アッセンブリ時間を短縮するため、スペーサを柱状ではなく帯状にする方法も考えられるが、帯状スペーサの高さをその長手方向に沿って均一に制御することが難しく、歩留まりが低下する問題が生じる。また、帯状スペーサは、薄くて細長い帯状のガラスにより形成するため、パネルの大型化に伴いハンドリングが困難になる問題がある。
特開２００３−３１２８１８号公報

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、比較的容易且つ安価に製造でき歩留まりを高めることができる表示装置、およびこの表示装置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、この発明の表示装置は、蛍光体層を有する第１基板と、上記蛍光体層を励起する励起手段を有する第２基板と、上記第１および第２基板間に当接して配置されるスペーサ構体と、を有し、上記スペーサ構体は、両端がそれぞれ上記第１および第２基板に当接する複数本の柱状スペーサと、これら複数本の柱状スペーサを互いに平行に一列に並べて連結した連結部材と、を有する。

また、この発明の表示装置の製造方法は、蛍光体層を有する第１基板、および上記蛍光体層を励起する励起手段を有する第２基板を用意する工程と、複数本の柱状スペーサ、およびこれら複数本の柱状スペーサを互いに平行に一列に並べて連結した連結部材を有するスペーサ構体を用意する工程と、上記連結部材の両端を保持して当該スペーサ構体を上記第１基板に位置決めして上記複数本の柱状スペーサそれぞれの一端を該第１基板に固設する工程と、上記励起手段が上記蛍光体層に対向するように上記スペーサ構体を備えた上記第１基板に上記第２基板を対向させ、上記複数の柱状スペーサの他端に該第２基板を当接させて、両基板の周縁部同士を封着する工程と、を有する。

上記発明によると、一列に並んだ複数本の柱状スペーサを連結部材で連結してまとめてハンドリングでき、柱状スペーサを１本ずつ基板に取り付ける必要がなく、生産性を向上させることができる。また、連結した複数本の柱状スペーサの基板に対する当接高さを均一にでき、柱状スペーサの破壊を防止でき歩留まりを向上させることができる。

この発明の表示装置は、上記のような構成および作用を有しているので、比較的容易且つ安価に製造でき歩留まりを高めることができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
始めに、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態に係る表示装置の一例として、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）１について説明する。図１は、前面基板２を部分的に切り欠いた状態のＳＥＤ１の真空外囲器１０を示す斜視図であり、図２は、図１の真空外囲器１０を線II-IIの位置で切断した断面図であり、図３は、図２の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図である。

図１乃至図３に示すように、ＳＥＤ１は、それぞれ矩形のガラス板からなる前面基板２（第１基板）および背面基板４（第２基板）を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて互いに平行に対向配置されている。なお、背面基板４は、前面基板２より１回り大きいサイズを有する。また、前面基板２および背面基板４は、ガラスからなる矩形枠状の側壁６を介して周縁部同士が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造の真空外囲器１０を構成している。

前面基板２の内面には画像表示面として機能する蛍光体スクリーン１２が形成されている。この蛍光体スクリーン１２は、赤、青、緑の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および遮光層１１を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン１２上には、アルミニウム薄膜等からなるメタルバック１４が形成されている。

背面基板４の内面には、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起発光させるための電子を放出する電子放出源として、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１６（励起手段）が設けられている。これらの電子放出素子１６は、画素毎、すなわち蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ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１６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。また、背面基板４の内面上には、各電子放出素子１６に駆動電圧を与えるための多数本の配線１８がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引き出されている。

接合部材として機能する側壁６は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、前面基板２の周縁部および背面基板４の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。本実施の形態では、背面基板４と側壁６をフリットガラス２０ａを用いて接合し、前面基板２と側壁６をインジウム２０ｂを用いて接合した。もし、配線１８のある背面基板４と側壁６を低融点金属で封着する場合は、配線１８と封着材２０の電気ショートを避けるため、中間層として絶縁層を設ける必要がある。

また、ＳＥＤ１は、前面基板２と背面基板４の間に、この発明のスペーサ構体として機能する複数組の連結スペーサ８を備えている。各組の連結スペーサ８は、ガラスからなる複数本の細長い円柱状のスペーサ８ａ（柱状スペーサ）を互いに平行に離間させて一列に並べて扁平な帯状の金属ワイヤ８ｂ（連結部材）により連結した構造を有する。そして、複数組の連結スペーサ８は、金属ワイヤ８ｂが真空外囲器１０の長辺方向に延びる姿勢で真空外囲器１０の短辺方向に互いに離間して略平行に取り付けられる。

各柱状スペーサ８ａは、上述したメタルバック１４、および蛍光体スクリーン１２の遮光層１１を介して前面基板２の内面に当接する上端、および背面基板４の内面上に設けられた配線１８上に当接する下端を有し、前面基板２および背面基板４の外側から作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持するように機能する。

さらに、ＳＥＤ１は、前面基板２のメタルバック１４と背面基板４との間にアノード電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。電圧供給部は、例えば、背面基板４の電位を０Ｖに設定し、メタルバック１４の電位を１０ｋＶ程度にするよう、両者の間にアノード電圧を印加する。

そして、上記ＳＥＤ１において、画像を表示する場合、配線１８に接続した図示しない駆動回路を介して電子放出素子１６の素子電極間に電圧を与え、任意の電子放出素子１６の電子放出部から電子ビームを放出するとともに、メタルバック１４にアノード電圧を印加する。電子放出部から放出された電子ビームは、アノード電圧により加速され、蛍光体スクリーン１２に衝突する。これにより、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

ここで、上述したスペーサ構体８の製造方法について、図４乃至図８を参照して説明する。
まず、図４に簡略化して示すような２つの型３１、３２を用意する。一方の型３１が他方の型３２に対向する内面３１ａには、図５に示すような凹所３３が形成されている。この凹所３３は、円柱形の柱状スペーサ８ａを形成するため軸方向に２分割した複数の半円柱凹所３３ａと、帯状の金属ワイヤ８ｂを配置するための帯状凹所３３ｂと、を重ねて形成されている。複数の半円柱凹所３３ａは、互いに一定距離ずつ離間して平行に並べられており、帯状凹所３３ｂがその中央を通っている。なお、もう一方の型３２の内面３２ａにも同じ形状の凹所３３が形成されている。

次に、２つの型３１、３２の複数の半円柱凹所３３ａ内に図４に示すようにガラスペースト８１（またはセラミックペースト）を充填し、帯状凹所３３ｂに金属ワイヤ８ｂをセットする。金属ワイヤ８ｂは、前面基板２および背面基板４と熱膨張率が略同じ材料、もしくは熱膨張率が各基板２、４より僅かに大きい材料により形成すれば良く、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１つの元素を含む金属材料により形成されることが望ましい。本実施の形態では、５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる金属線を扁平な帯状にして金属ワイヤ８ｂを形成した。なお、本実施の形態では、金属ワイヤ８ｂの長さは、真空外囲器１０の長辺の長さを超える長さに設定されている。

そして、２つの型３１、３２の内面３１ａ、３２ａ同士を面接させた状態でガラスペーストを硬化させ、図６に示すように型３１、３２を離型する。これにより、図７に示すような複数の柱状スペーサ８ａを金属ワイヤ８ｂが貫通して連結した組立体３５を得る。さらに、この組立体３５を焼成して図８に模式的に示すような連結スペーサ８を製造する。

以上のように、本実施の形態の連結スペーサ８は、扁平な帯状の金属ワイヤ８ｂを用いて複数の柱状スペーサ８ａを連結したため、捩れに対する剛性が高められる。つまり、連結スペーサ８の両端を保持して基板に対して位置決めする際、金属ワイヤ８ｂの捩れを防止でき、全ての柱状スペーサ８ａの軸を基板に対して容易に直交させることができる。また、金属ワイヤ８ｂの幅方向が各柱状スペーサ８ａの軸方向に沿う姿勢で全ての柱状スペーサ８ａの略中心を貫通するように金属ワイヤ８ｂに複数の柱状スペーサ８ａが取り付けられているため、金属ワイヤ８ｂの幅方向に沿った曲げに対する剛性が高く、特に各柱状スペーサ８ａの軸方向への移動が規制され、基板２、４に対する当接高さのバラツキを略無くすことができる。すなわち、本実施の形態の連結スペーサ８を用いることで、複数の柱状スペーサ８ａを同時且つ正確に基板に対して位置決め配置でき、生産性を向上させることができ、歩留まりを高めることができる。

次に、上述した連結スペーサ８を有するＳＥＤ１の製造方法について説明する。
まず、予め蛍光体スクリーン１２およびメタルバック１４の設けられた前面基板２を用意し、電子放出素子１６および配線１８が設けられているとともに側壁６が接合された背面基板４を用意しておく。また、上述した構造の連結スペーサ８を複数組用意しておく。

次に、図８に模式的に示すように、複数組の連結スペーサ８を前面基板２のメタルバック１４上にそれぞれ位置決めして接合する。各連結スペーサ８は、前面基板２の長辺方向に延設されて短辺方向に互いに離間して平行に併設される。この際、各連結スペーサ８の両端を把持して前面基板２の長辺方向に延ばして位置決めし、前面基板２の遮光層１１に重ねて連結スペーサ８の複数の柱状スペーサ８ａの一端を接合する。接合に際し、連結スペーサ８の各柱状スペーサ８ａの一端に予めフリットガラスを塗布しておき、或いは前面基板２の対応する位置に予めフリットガラスを塗布しておき、前面基板２と連結スペーサ８を接合する。

本実施の形態では金属ワイヤ８ｂを前面基板２の長辺より長くしてあるため、前面基板２から外れた位置で金属ワイヤ８ｂの端部を把持することになる。言い換えると、真空外囲器１０を製造したとき少なくとも側壁６の内側に金属ワイヤ８ｂが収まるように、連結スペーサ８を前面基板２に接合した後、金属ワイヤ８ｂの両端を適当な長さに切断する必要がある。

そして、このように複数組の連結スペーサ８を接合した前面基板２と背面基板４を図示しない真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁６および連結スペーサ８を介して背面基板４を前面基板２に対向させて周縁部同士を封着する。或いは、不活性ガス雰囲気中で前面基板２および背面基板４の周縁部同士を封着し、その後内部を真空引きして真空外囲器１０を製造する。

いずれにしても、複数の電子放出素子１６が蛍光体スクリーン１２に対向するように、複数の連結スペーサ８を固設した前面基板２に背面基板４を対向させて、複数の柱状スペーサ８の他端に背面基板４を当接させ、前面基板２および背面基板４の周縁部同士を封着する。これにより、複数の柱状スペーサ８ａを有する連結スペーサ８を備えたＳＥＤ１が製造される。

ところで、上述した基板の封着工程では、基板の脱ガスのため前面基板２および背面基板４を高温に加熱して焼成する必要があり、或いは説明を省略したゲッタを活性化する際に前面基板２および背面基板４を高温に加熱する必要がある。このように、前面基板２および背面基板４を高温に加熱すると、前面基板２に接合した連結スペーサ８の金属ワイヤ８ａも加熱されて熱膨張する。

本実施の形態では、金属ワイヤ８ａの熱膨張率を前面基板２および背面基板４の熱膨張率と略同じ、もしくは僅かに大きくしてあるため、例えば、連結スペーサ８を前面基板２に接合した状態で連結スペーサ８が加熱されて金属ワイヤ８ｂが熱膨張しても、前面基板２も略同じ比率で膨張し、或いは金属ワイヤ８ｂの方が僅かに大きく膨張するため、少なくとも隣接する柱状スペーサ８ａ同士が引き付けられて倒壊する可能性がなく、歩留まりを向上させることができる。

以上のように、本実施の形態によると、複数本の柱状スペーサ８ａを一列に並べて金属ワイヤ８ｂで連結した連結スペーサ８を用いたため、柱状スペーサ８ａを１本ずつ取り付ける場合と比較してスペーサの取り付け作業を簡略化でき、生産性を向上させることができ、ＳＥＤ１の製造コストを低減できる。また、帯状の扁平な金属ワイヤ８ｂを用いて複数本の柱状スペーサ８ａを連結したため、連結スペーサ８の捩れを防止できるとともに、各柱状スペーサ８ａの高さ方向のずれを防止でき、基板２、４に対する当接高さを均一にでき、特定の柱状スペーサ８ａに応力が集中して破壊されることを防止でき、歩留まりを高めることができる。

上述した実施の形態では、扁平な帯状の金属ワイヤ８ｂで複数本の柱状スペーサ８ａを連結した連結スペーサ８を用いたが、これに限らず、図９および図１０に示すような連結スペーサ４０を用いても良い。

この連結スペーサ４０は、ガラスやセラミックなどの絶縁材料により被覆した２本の金属ワイヤ４４、４５で複数本の柱状スペーサ４２を連結した構造を有する。各柱状スペーサ４２の側面には、軸方向に離間した２位置で全周に亘って設けられた円環状の２本の溝４６、４７がそれぞれ形成されている。そして、各柱状スペーサ８ａの一方の溝４６に金属ワイヤ４４が巻きつけられ、他方の溝４７に金属ワイヤ４５が巻きつけられ、複数本の柱状スペーサ４２が互いに平行且つ一定距離ずつ離間して連結されている。そして、この連結スペーサ４０は、スパッタ、蒸着、浸漬等の方法により、その最外層に、表面抵抗が１×１０Ｅ７Ω／□乃至１×１０Ｅ１２Ω／□で膜厚が１０ｎｍ乃至１μｍの薄膜が形成されている。この連結スペーサ４０も、上述した連結スペーサ８と同様に、図１１に模式的に示すように、前面基板２に取り付けられる。

この連結スペーサ４０の金属ワイヤ４４、４５も、前面基板２および背面基板４と熱膨張率が略同じ材料、すなわち上述した連結スペーサ８の金属ワイヤ８ｂと同じ材料により形成されている。この金属ワイヤ４４、４５も扁平な帯状とすることができるが、その必要はなく、各柱状スペーサ４２の軸方向に離間した２位置で各柱状スペーサ４２を連結することで、上述した帯状の金属ワイヤ８ｂと同様の効果を奏することができる。つまり、この連結スペーサ４０は、捩れに対する剛性が高く、柱状スペーサ４２の軸方向に沿った曲げに対する剛性を高くできる。

この連結スペーサ４０を用いた場合、上述した連結スペーサ８と同様の効果を奏することができるとともに、ＳＥＤ１の動作時に、金属ワイヤ４４、４５が不所望に帯電することを防止でき、電子放出素子１６から放出される電子ビームの軌道に影響を及ぼすことがない。また、放電による放電電流が増加することもなく、放電電流を規定値以内に抑制できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上述した実施の形態では、真空外囲器１０の長辺に沿って連結スペーサ８を延設した場合について説明したが、これに限らず、真空外囲器１０の短辺に沿って連結スペーサ８を延設しても良い。また、上述した実施の形態では、連結スペーサを前面基板２に取り付けた後に背面基板を対向させて周縁部同士を封着するようにしたが、背面基板４に連結スペーサを取り付けた後に前面基板を対向させて封着しても良い。さらに、上述した実施の形態では、スペーサの形状を円柱状とした場合について説明したが、これに限らず、前面基板２と背面基板４を支える形状であればいかなる形状であっても良い。

この発明の実施の形態に係るＳＥＤの真空外囲器を示す外観斜視図。 図１の真空外囲器を線II−IIに沿って切断した断面斜視図。 図２の断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 図１のＳＥＤに組み込まれる連結スペーサを製造する方法を説明するための図。 図４の型の内面を示す平面図。 連結スペーサを製造する方法を説明するための図。 型を離型した後の組立体を部分的に示す外観図。 連結スペーサを前面基板に取り付けた状態を示す模式図。 連結スペーサの変形例を示す外観図。 図９の連結スペーサを柱状スペーサの軸方向から見た平面図。 図９の連結スペーサを前面基板に取り付けた状態を示す模式図。

符号の説明

１…ＳＥＤ、２…前面基板、４…背面基板、６…側壁、８、４０…連結スペーサ、８ａ、４２…柱状スペーサ、８ｂ、４４、４５…金属ワイヤ、１０…真空外囲器、１２…蛍光体スクリーン、１４…メタルバック、１６…電子放出素子、１８…配線、４６、４７…溝。

Claims (10)

1. 蛍光体層を有する第１基板と、
   上記蛍光体層を励起する励起手段を有する第２基板と、
   上記第１および第２基板間に当接して配置されるスペーサ構体と、を有し、
   上記スペーサ構体は、
   両端がそれぞれ上記第１および第２基板に当接する複数本の柱状スペーサと、
   これら複数本の柱状スペーサを互いに平行に一列に並べて連結した連結部材と、
   を有することを特徴とする表示装置。
2. 上記連結部材は、熱膨張率が上記第１および第２基板と略同じ材料、もしくは熱膨張率が上記第１および第２基板より僅かに大きい材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 上記連結部材は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１つの元素を含む金属ワイヤにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 上記金属ワイヤは、絶縁材料により被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 上記金属ワイヤは、その最外層に、表面抵抗が１×１０Ｅ７Ω／□乃至１×１０Ｅ１２Ω／□で膜厚が１０ｎｍ乃至１μｍの薄膜を有することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 上記連結部材は、該連結部材が連結する一列に並んだ複数本の柱状スペーサそれぞれの長手方向に離間した２位置をそれぞれ繋ぐ２本の上記金属ワイヤを有することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
7. 上記金属ワイヤは、扁平な帯状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
8. 蛍光体層を有する第１基板、および上記蛍光体層を励起する励起手段を有する第２基板を用意する工程と、
   複数本の柱状スペーサ、およびこれら複数本の柱状スペーサを互いに平行に一列に並べて連結した連結部材を有するスペーサ構体を用意する工程と、
   上記連結部材の両端を保持して当該スペーサ構体を上記第１基板に位置決めして上記複数本の柱状スペーサそれぞれの一端を該第１基板に固設する工程と、
   上記励起手段が上記蛍光体層に対向するように上記スペーサ構体を備えた上記第１基板に上記第２基板を対向させ、上記複数の柱状スペーサの他端に該第２基板を当接させて、両基板の周縁部同士を封着する工程と、
   を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
9. 上記スペーサ構体を用意する工程では、上記連結部材に沿ってガラスペーストまたはセラミックペーストにより上記複数本の柱状スペーサを形成して上記スペーサ構体を製造することを特徴とする請求項８に記載の表示装置の製造方法。
10. 上記スペーサ構体を用意する工程では、上記複数本の柱状スペーサを上記連結部材で巻きつけて上記スペーサ構体を製造することを特徴とする請求項８に記載の表示装置の製造方法。

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