JP2005332698A - 画像形成装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷陰極電子放出素子を用いた画像形成装置において、動作中に放電が発生し難く、発生したイオンが冷陰極電子放出素子にダメージを与え難い、長寿命な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 蛍光面を有する表示パネル１３２と、表示パネル１３２と対向して電子ビームを放出する冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネル１３１とを、接合材を介して封着して真空排気空間を設けた画像形成装置であり、真空排気空間内に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒの少なくとも一種類からなるガス、又はこのガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスが導入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置、および画像形成装置の製造方法に関する。

画像形成装置においては、近年、従来のブラウン管（以下、「ＣＲＴ」という）よりも軽量薄型ながら大型化が可能なフラットパネルディスプレイへの移行が進みつつあり、プラズマディスプレイ及び液晶ディスプレイが製品化され、市場への浸透も急速に進みつつある。今後は、薄型軽量の他に、高画質と低消費電力を併せ持つ大型ディスプレイへと開発が進むと予測されている。このような背景の中、プラズマディスプレイ及び液晶ディスプレイより高画質と低消費電力を併せ持ち、より安価な大型ディスプレイとして、冷陰極電子放出素子を利用したディスプレイが有力視されている。

冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」という）、表面伝導型（以下、「ＳＣ型」という）等がある。ＦＥ型の例としては、非特許文献１あるいは非特許文献２等に開示されたものが知られている。ＭＩＭ型の例としては、非特許文献３等に開示されたものが知られている。ＳＣ型の例としては、非特許文献４等に開示されたものがある。

ＭＩＭ型陰極の構造と動作原理を以下に示す。図２にＭＩＭ型陰極の構造を示す。基本構造は下部電極９，トンネル絶縁膜１４，上部電極８を積層した三層薄膜である。下部電極９と上部電極８間に１０Ｖ程度の電圧を印加すると上部電極の全面から電子を放出する。その他、下部電極エッジへの電界集中を防止するフィールド絶縁膜４、上部電極８への給電線となるコンタクト電極５とバス電極６を有している。保護絶縁層７は、スペーサの機械的接触から陰極配線を保護する。ＭＩＭ型陰極の動作原理を簡単に説明する。下部電極９と上部電極８の間の絶縁層１４に高電界を印加すると、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネル現象により絶縁層に電子が注入される。これらの電子は絶縁層中で加速され、ホットエレクトロンとなる。その一部は上部電極表面に到達し、仕事関数障壁を超えるエネルギー，運動量を有する電子が真空中に放出される。

以下に、ＭＩＭ型陰極平面ディスプレイの陰極作製プロセスとパネル化プロセスの概略を示す。図３および図４にＭＩＭ型陰極のプロセスを示す。ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２アンダーコート膜を被覆したソーダガラス基板１上にＡｌ−２原子％Ｎｄ合金膜をスパッタ法で成膜し、下部電極（行電極）９を形成する。次にレジスト１５を介して陽極酸化によりフィールド絶縁層４を作製しその後更に陽極酸化によりトンネル絶縁層１４を形成する（図３（ａ）（ｂ））。続いてＷ膜６とＡｌ−Ｎｄ合金膜５の積層バス電極をスパッタ成膜しウエットエッチングで列電極とした後、ＳｉＮｘの保護絶縁層７を成膜する（図３（ｃ））。その後、プラズマエッチング、ウエットエッチングにより電子放出部を開口する（図４（ａ））。その後に上部電極のＩｒ−Ｐｔ−Ａｕ積層膜８を成膜し、完成する（図４（ｂ））。最終工程においては、保護絶縁膜がマスクとなり、上部電極をセルフアライン加工するため、エッチング等は不要である。そのため、マスク数を低減できるとともに、陰極表面をレジストで汚染せずに高い放出電流が得られる。アンダーコート膜２，３はパネル封着の焼成時（４３０℃）にＮａ拡散を防止し、且つＡｌ−Ｎｄ膜への熱応力を最小にする。トンネル絶縁膜１４は陽極酸化で形成している。陽極酸化は化成電圧で膜厚を化成電流で酸化速度を制御でき、膜厚均一性が非常に高い無欠陥膜を容易に形成できるので、大面積且つ無欠陥膜が要求されるディスプレイ製造に最適な絶縁膜形成法である。

前面パネルの蛍光面はＣＲＴと同様のホト工程によりＢＭ，Ｐ２２蛍光体のＲＧＢパターンを形成し、７５ｎｍ厚のＡｌ膜を蒸着してアノード加速電極とする。前面パネルと背面パネルは高さ３ｍｍの枠ガラスを介し、フリットガラスを用いて４３０℃で封着する。封着後パネルを３５０℃に加熱しながら背面パネルに設けた排気管より真空排気し、チップオフする。

封着排気工程においては、特許文献１に示されているように、真空排気されたチャンバ内で前面パネルと背面パネルを加熱処理することにより充分な脱ガス処理を行いその後同一チャンバ内で封着する製造方法が示されており、また、特許文献２には、異なるチャンバ内で、排気処理，加熱排気処理，封着処理等を行う製造方法が示されており、また、電子線放出素子に変えてプラズマ発生素子を用いる際にはアルゴンガス，ネオンガスなどの不活性ガス又は水素ガスを減圧下で含有させることが示されている。特許文献３には、真空排気されたチャンバ内で前面パネルと背面パネルを加熱処理することにより充分な脱ガス処理を行いその後同一チャンバ内で封着する製造方法、また、冷陰極電子放出素子として電界放出型冷陰極電子放出素子（ＦＥ型）を用いた際には、ガス導入管から封着前に水素を導入し、封着された真空容器内に水素を残存させ、エミッターの酸化による電子放出特性の経時劣化を抑制することができ、水素の分圧としては、１０^−７〜１０^−３ミリバール程度が好ましいことが示されている。
特許第３３３２９０６号公報 特開２００１−２２９８２８号公報 特開２００１−３５３７４号公報 Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，"Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ"，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６） Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｔ，"ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ"，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６） Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，"Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ"，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１） Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）

しかしながら、前記従来の冷陰極電子放出素子を用いた画像形成装置においては、下記のような問題を生じる場合がある。
（１）画像形成装置の動作は、前面パネルのアノード電極に通常２〜３ｋＶの電圧を印加し、背面パネルに配置した冷陰極電子放出素子から駆動信号に対応した駆動電圧を冷陰極電子放出素子に印加することにより電子を放出し、放出された電子はアノード電圧により加速され、前面パネルに形成した蛍光面に衝突し、それぞれの色に対応した蛍光体を発光させることにより行われる。前面パネルと背面パネルとフリットにより形成される空間は、通常１０^−５Ｐａ以下の真空度をゲッターを用いることにより維持しているが、動作中には時々放電が発生し、該空間内で発生したイオンが冷陰極電子放出素子にダメージを与え輝度むらが発生し、ダメージが致命的になると電子放出が生じなくなる場合があった。この現象は、１０^−５Ｐａほどの高真空においてもその空間にはＣＯ，ＣＯ_２等の残留気体が存在しており、該空間高さが３ｍｍで平均自由行程３ｍｍの際の真空度は２．５×１０^−４Ｐａであるので、真空度が２．５×１０^−４Ｐａ未満であれば放出した電子は気体分子に衝突することなくアノード電極まで直線加速度運動を行い、アノード電極または蛍光体面に衝突しその運動エネルギーは瞬時に移動することになる。アノード電極には通常２〜３ｋＶの電圧を印加するので、電子の最大エネルギーは２〜３ｋｅＶとなる。運動していた電子が衝突により停止する際には制動放射が発生し、該制動放射エネルギーにてＣＯ，ＣＯ_２等の残留気体がプラスイオンに電離し、該プラスイオンがアノード電極側から冷陰極電子放出素子へ加速され、該冷陰極電子放出素子へダメージを与えたものと考えられる。

（２）大型の画像形成装置においては、複数の冷陰極電子放出素子を形成した背面パネルと、蛍光体等が形成された前面パネルとを所望の相対位置を保つように位置決めし、数ｍｍの所定の距離で組み合わせて仮止めを施した後、フリットガラス等の接着部材が軟化する温度まで昇温し加圧して張り合わせ、真空外囲器を形成しているが、前面パネルと背面パネルとの距離が小さく、ガスに対するコンダクタンスが小さいために、前記封着工程に続く画像形成装置内の排気工程において、従来の背面パネル側に取り付けた排気管を介して十分な真空度まで排気するのに大変時間がかかる、あるいは短時間で上記排気工程を終了すると上記装置内の真空度が悪い、ないしは圧力むらが生じ、その結果安定した電子放出特性に必要な真空度が得られない場合がある。

また、冷陰極電子放出素子と蛍光体との相対配置には色ずれ等を防ぐために高い位置精度を要求されるが、封着工程での熱膨張や封着に用いられるフリットガラスの軟化による位置ずれ等により必要とされる位置精度が得られない場合があった。封着工程を行った後、前面パネル、あるいは背面パネルには、水，一酸化炭素，二酸化炭素，水素等が吸着されており、電子放出特性の安定化、および残存するガスによる放電等を防ぐには、該吸着されたガス等を除去する必要があり、そのためには、前記封着工程の後に真空外囲器をベーキングしながら排気管を介して排気する工程が必要であった。しかし、この工程は容器および排気管のガスに対するコンダクタンスが小さいために部材から発生するガスを必ずしも十分に排気できず、輝度むらや寿命の低下等が発生する場合があった。

さらに、これらの問題点を解決し、脱ガスした各部材への水，酸素，水素，一酸化炭素，二酸化炭素等の再吸着による再汚染の発生しない一貫した画像形成装置の製造方法が望まれていた。

本発明の目的は、上記問題点が解消された画像形成装置、および該画像形成装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、動作中に時々放電が発生し、発生したイオンが冷陰極電子放出素子にダメージを与え輝度むらが発生し、ダメージが致命的になると電子放出が生じなくなる問題を解決する画像形成装置であり、また、該画像形成装置の製造方法である。

本発明においては、蛍光面を有する表示（前面）パネルと、該表示パネルと対向して電子ビームを放出する冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネルとを、接合材を介して封着した真空排気空間内に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなるガスの少なくとも一種類からなるガスを導入する。冷陰極電子放出素子がＭＩＭ型冷陰極電極の場合は、封着空間内に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｈ_２からなるガスの少なくとも一種類からなるガスを導入する。導入ガスの分圧は、１０^−１１Ｐａ以上、１０^−２Ｐａ以下となるように設定することが好ましい。ガス分圧が１０^−１１Ｐａ未満では、真空排気を行う時間が多大となり実用的ではない。ガス分圧が１０^−２Ｐａより高い場合には、本発明のガスを導入するとより放電しやすくなり、また冷陰極電子放出素子からの放出電子がアノード電極に到達するまでにガスによる散乱や捕獲を受け、アノード電流が減少し輝度低下を招く。より好ましいガス分圧範囲は１０^−９Ｐａ以上、１０^−３Ｐａ以下であり、更に好ましくは１０^−８Ｐａ以上、１０^−４Ｐａ以下である。

本発明においては、ガスの導入は下記に示す製造方法を通して行う。
（１）真空槽内において、第一の加熱手段と第二の加熱手段の間に前記表示パネルと前記背面パネルとを封着部を接触させない状態で保持して、前記真空槽内の真空排気を行いながら、前記表示パネルと前記背面パネルと接合材とを封着温度まで加熱する加熱工程と、
（２）前記真空槽内を所定の真空度まで真空排気した後に、所定のガスを前記真空槽内に所定の分圧になるように導入する工程と、
（３）前記真空槽内が所定の分圧の前記ガスにより満たされている状態で、前記封着部を接触させて前記表示パネルと前記背面パネルとを前記接合材を介して封着する工程と、を有する画像形成装置の製造方法。

本発明においては、表示パネルと背面パネルをガスに対する十分なコンダクタンスが得られるだけの間隔を離して封着温度まで昇温し、部材からの脱ガスを十分行うことができるので、大画面パネルでもむらのない真空容器が作製可能であり、十分な脱ガスを行った後にガスを導入し所定の分圧に落ち着いたら張り合わせることで、安定した電子放出特性を得ることができる。

上記発明においては、表示パネルと背面パネルが接合されることによって、気密な空間が形成される。表示パネルと背面パネルの間には、枠や耐大気圧構造を形成するために配置されたスペーサがあっても良く、気密な空間の雰囲気には、接合する際の雰囲気が反映される。この時、該雰囲気の調整を、表示パネルと背面パネルの間隙が接合後の間隙よりも大きい状態で行うことにより、該調整された雰囲気が、より気密空間（接合後に気密空間となる部分）の雰囲気に反映しやすくなるため好適である。

本発明においては、導入するガスは、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｈ_２からなるガスの少なくとも一種類からなるガスが好適である。導入するガスの選択に際しては、ガスがプラスイオン化して冷陰極電子放出素子へダメージを与える事を少なくする事が目的である。導入するガスの選択基準は、（１）電子と気体分子との衝突確率を小さくするために電離断面積の小さい気体を選択する事、および気体分子密度を下げる事、（２）第一電離電圧が高くイオン化し難い事、および例えイオン化してもダメージの程度を少なくするために原子量が少ない事、が重要である。実験による検討結果、上記記載のガスが有効であることが判明したが、電離断面積が小さい事が最重要の様であり、少なくとも１０^−１７ｃｍ^２台以下の電離断面積にする事が必要であるが判明した。電離断面積が１０^−１６ｃｍ^２台のガスを導入すると、導入しないパネルよりも冷陰極電子放出素子へのダメージは大きかった。

本発明によれば、放電等による冷陰極電子放出素子へのダメージを抑制することが可能で、また、短時間に真空外囲器内部を真空状態にすることが可能となり、また、冷陰極電子放出素子と蛍光体との相対配置を精密に制御し色ずれ等を防ぐことが可能となる画像形成装置を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明の実施態様を具体的に説明する。本発明の画像形成装置は、蛍光面を有する表示（前面）パネルと、表示パネルと対向して電子ビームを放出する冷陰極電子放出素子アレイ又はＭＩＭ型冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネルとを、接合材を介して封着して真空排気空間を設けており、真空排気空間内に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ_２の少なくとも一種類からなるガス、又はこのガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスが導入されている。冷陰極電子放出素子アレイ又はＭＩＭ型冷陰極電子放出素子アレイは、従来技術と同様とすることができる。

本発明の画像形成装置の製造方法の一例を図１のチャートを用いて説明する。まず、背面パネルの作製を説明する。ソーダガラス基板を洗浄し、ガラス基板からのナトリウム拡散を防止するため、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の二層膜からなるアンダーコート膜を順次形成し、その後、配線および冷陰極電子放出素子を形成した（Ｒ−１）。支持枠を固定するためのフリットガラスを印刷によって所望の位置に形成した（Ｒ−２）。以上の工程により、背面パネルに単純マトリクス配線し、冷陰極電子放出素子及び支持枠用の接着材を形成した。

前面パネルの作製を説明する。まず、ソーダガラス基板に蛍光体，黒色導電体を印刷法により形成した。蛍光膜の内面側表面の平滑化処理を行い、その後Ａｌ膜を真空蒸着等を用いて堆積させメタルバックを形成した（Ｆ−１）。次に、ソーダガラスを基板として、支持枠を固定するためのフリットガラスを印刷によって所望の位置に形成した。更に、スペーサを黒色導体にフリットで接着した。以上の工程により、３原色の蛍光体がストライプ状に配設された蛍光体、および支持枠用の接着材、スペーサ等を前面パネルに形成した（Ｆ−２）。

次に、上記前面パネル，背面パネルおよび支持枠を真空槽内に導入し、真空排気を行った（ＦＲ−１）。真空排気を行いながら所定のプロファイルにて温度を上昇させ、水、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素等の脱ガスを行いながら封着温度まで昇温した。このときの封着温度はフリットガラスによって決定される（ＦＲ−２）。１０^−５Ｐａ程度の真空度まで排気し、真空容器を封着した後容器の内部に所定ガスが残るように、真空槽内に導入管から所定ガスを分圧が１０^−４Ｐａになるように導入するが、この場合はＨｅガスを導入した。その後、封着温度を保ちつつＸ，Ｙ，θの調整ステージにて冷陰極電子放出素子と前面パネルの位置合わせを行いながら前面パネル，支持枠，スペーサ，背面パネルを接触させ、加圧させた状態を１０分間保持した後、毎分３℃で温度を下げていき、封着温度から１０℃下げたところで位置合わせを中止し、ステージをフリーにし、室温まで冷却した（ＦＲ−３）。室温まで冷却した後、真空槽から取り出し、封着後の真空度を維持するために、高周波加熱法によりゲッター処理を行った（ＦＲ−４）。

以上のようにして完成した画像形成装置において、各冷陰極電子放出素子には、容器外端子を通じ、信号発生手段よりそれぞれに印加することにより電子放出させ、高圧端子を通じ、メタルバックに３ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜に衝突させ、励起・発光させることにより画像を表示した。その結果、冷陰極電子放出素子、蛍光体の位置ずれがなく、位置ずれに起因した輝度ばらつきや、混色は観察されなかった。

本発明の画像形成装置の製造方法および製造装置の一例について説明する。図５において、１０は真空槽、１１は真空槽内に導入するガス導入管、１２は真空排気用の排気管、１４１は前面パネル、１４５は背面パネル、２２は支持枠、２３は１４１と１４５と２２を接続するための接合部材であり、主に低融点ガラスからなるフリットガラスである。

図５では接合部材２３は、前面パネルおよび背面パネルに予め形成されているが、支持枠２２の前面パネルおよび背面パネルへの接合面に予め形成してもよい。また、フリットガラスは仮焼成により、有機物を予め除去しておくことが望ましい。

３０は前面パネルのＸ，Ｙ，θ方向の位置を調整するための位置調整手段であるステージ、３１は前面パネルを加熱するための加熱手段である加熱板、３２は前面パネルのＺ方向位置調整手段であり、前面パネル、背面パネル、および支持枠を接触させた後に加圧する機構を兼ねている。３３は背面パネルのＸ，Ｙ，θ方向の位置を調整するための位置調整手段であるステージ、３４は背面パネルを加熱するための加熱手段である加熱板である。

図５においては前面パネルが装置上方、背面パネルが装置下方に設置されているが、設置場所はこれに限定されるものではなく、どちらを上方に設置するかは適時選択すれば良い。また、前面パネルおよび背面パネルのＸ，Ｙ，θ方向位置調整手段であるステージ３０，３３は、必ずしも前面パネル、背面パネル双方に必要ではない。また、加熱板３１，３４とステージ３０，３３との間には、断熱材等の断熱構造を有することが好ましい。

前面パネル１４１、および背面パネル１４５は不図示の固定治具により加熱板３１，３４にそれぞれ固定されている。支持枠２２の背面パネル１４５、および前面パネル１４１への接着個所には予めフリットガラスが配設されている。

また、大型の表示パネルを構成するときにはスペーサと呼ばれる耐大気圧構造体を予め前面パネル側もしくは背面パネル側に接着しておくが、このとき同時に支持枠を前面パネル側もしくは背面パネル側に接着しておいても構わない。このように加熱板３１，３４にそれぞれ前面パネル、背面パネルを固定し、十分なガスに対するコンダクタンスを確保できる距離においてガラスフリットの軟化点付近まで温度を上昇させながら排気口１２から真空排気を行う。十分に真空排気を行い、部材からの脱ガスやガラスフリットから発生する水や二酸化炭素等が所望の値以下になったことをチャンバ内雰囲気測定装置にて確認した後に、ガス導入管１１からＨｅガスを導入しチャンバ内のＨｅガス分圧が１０^−４Ｐａ程に安定したことを確認した後に前面パネルと背面パネルが所定の位置関係を保つように前面パネルのＸ，Ｙ，θ方向調節ステージ３０、あるいは背面パネルのＸ，Ｙ，θ方向調節ステージ３３、あるいはその方向を用いて前面パネルと背面パネルの相対位置関係の調節を行いながら前面パネルのＺ方向調節機構を用いて前面パネルと背面パネル、および支持枠を接触させ、加圧を行う。一定時間加圧、および前面パネルと背面パネルの相対位置の調整を行いながら温度を保持した後、所定の温度プロファイルにて温度を下げ、ガラスフリットを硬化させて張り合わせを行う。なお、前面パネルと背面パネルの相対位置の調整はガラスフリットの軟化点から所望の温度まで下がり、フリットが硬化し始めながらもある程度の流動性を保っている状態まで行われる。さらに温度を下げてガラスフリットを完全に硬化させた後、室温程度まで徐々に冷却し、真空チャンバから取り出す。

実施例１を説明する。本発明の第１の実施例においては、本発明のガス導入をパネルの密閉容器内に行うことにより、冷陰極電子放出素子のダメージが抑制できることを説明する。図３、図４に示したＭＩＭ型ＦＥＤの５型パネルを作製し、導入ガスを変え、評価指標として、（アノード電流の１０％減少した時間／基準パネルでアノード電流の１０％減少した時間）からなる倍率を持って、導入ガスの効果を評価した。パネル作製プロセスは、本実施例では、真空チャンバ内に前面パネルと背面パネルを配置し、真空排気後ガス導入を行い、その後封着を行う工程による。基準パネルは、ガス導入を行わず真空度１×１０^−４Ｐａ、アノード電圧５ｋＶ、密閉空間の支持枠高さ３ｍｍ、からなるＭＩＭ型パネルである。ガス導入パネルは、真空チャンバを１×１^−６Ｐａまで排気後ガスを導入して真空度１×１０^−４Ｐａ、アノード電圧５ｋＶ、密閉空間の支持枠高さ３ｍｍ、からなるＭＩＭ型パネルである。

図６に、それぞれの導入ガスにて作製したパネルの評価結果を示す。評価指標は、（アノード電流１０％減少した時間／基準パネルでアノード電流１０％減少した時間）であり、冷陰極電子放出素子の寿命向上倍率に相当する。Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ_２の少なくとも一種を導入ガスとすることにより、寿命向上が図られることが判る。Ｘｅガス単体の導入では寿命が悪化していたが、これは原子量が１３１．２９３と質量が大きいためＭＩＭ素子へのダメージが大きかったためと考えられる。Ｋｒガス単体でも良い値は得られていないが、ＫｒとＸｅについて、Ｈｅガス等と一緒に使用すると、良い特性が得られた。比較例としてＮ_２ガス，Ｏ_２ガスの場合も示したが、ほとんどガス導入の効果は見られず、また反応性ガスであるため長期的には悪影響が出るものと考えられる。表１に、各種ガスの、原子量、第一電離電位、電離断面積、を示した。有効なガスとしては、電離断面積が小さく、原子量が小さい、ことが必要であると考えられる。電離断面積のデータは、核融合科学研究所の原子分子数値データベースホームページより検索して得た値である。

実施例２を説明する。本発明の第２の実施例においては、冷陰極電子放出素子は冷陰極電子放出素子の一種である電界放出素子（ＦＥ型ＦＥＤ）を用いたパネルにおいて、本発明のガス導入をパネルの密閉容器内に行うことにより冷陰極電子放出素子のダメージが抑制できることを説明する。図８にＦＥ型ＦＥＤの断面略図を示す。１３１は背面パネル、１３２は前面パネル、１３３は陰極、１３４はゲート電極、１３５はゲートと陰極間の絶縁膜、１３８はゲートと集束電極間の絶縁層、１３６は集束電極である。ＦＥ型ＦＥＤの５型パネルを作製し、導入ガスを変え、評価指標として、（アノード電流の１０％減少した時間／基準パネルでアノード電流の１０％減少した時間）からなる倍率を持って、導入ガスの効果を評価した。パネル作製プロセスは、本発明である、真空チャンバ内に前面パネルと背面パネルを配置し、真空排気後ガス導入を行い、その後封着を行う工程による。基準パネル条件は、ガス導入を行わず真空度１×１０^−４Ｐａ、アノード電圧５ｋＶ、密閉空間の支持枠高さ３ｍｍ、からなるＦＥ型パネルである。ガス導入パネルは、真空チャンバを１×１^−６Ｐａまで排気後ガスを導入して真空度１×１０^−４Ｐａ、アノード電圧５ｋＶ、密閉空間の支持枠高さ３ｍｍ、からなるＦＥ型パネルである。

図９に、それぞれの導入ガスにて作製したパネルの評価結果を示す。評価指標は、（アノード電流１０％減少した時間／基準パネルでアノード電流１０％減少した時間）で、冷陰極電子放出素子の寿命向上倍率に相当する。Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒからなるガスの少なくとも一種を導入ガスとすることにより、寿命向上が図られることが判る。Ｘｅガス単体の導入では寿命が悪化していたが、これは原子量が１３１．２９３と質量が大きいためＦＥ型素子へのダメージが大きかったためと考えられる。Ｋｒガス単体でも良い値は得られていないが、ＫｒとＸｅについて、Ｈｅガス等と一緒に使用すると、良い特性が得られた。比較例としてＮ_２ガス，Ｏ_２ガスの場合も示したが、ほとんどガス導入の効果は見られず、また反応性ガスであるため長期的には悪影響が出るものと考えられる。

実施例３を説明する。実施例１において示したＭＩＭ型ＦＥＤにおいて、導入ガスの分圧を変化させ、導入ガス分圧には有効な範囲があることを示す。パネルの作製は、本発明による、パネルを導入した真空槽内でパネルを加熱しながら真空排気を行い、真空槽内にガスを所定分圧まで導入し、その後に封着を行う工程にて行った。図１０において、横軸に導入ガス分圧（Ｐａ）を示している。１０^−１１Ｐａ未満の分圧においては、パネルの密閉空間を真空排気するに長時間を要するために実用的では無い。１０^―２Ｐａより高い分圧においては、アノードへの電子流入が減少しパネルの輝度の低下を招き、また、放電等により冷陰極電子放出素子へのダメージが増大するため好ましくない。従って、導入ガス分圧は１０^−１１Ｐａ以上１０^−２Ｐａ以下が好ましい。更に好ましくは、１０^−８Ｐａ以上１０^−４Ｐａ以下である。

実施例４を説明する。本発明の画像形成装置の製造方法の一例を図１のチャートを用いて説明する。背面パネルの作製を説明する。まず、２ｍｍ厚さのソーダライムガラス基板を洗浄し、ガラス基板からのナトリウム拡散を防止するため、スパッタリング法にてシリコン窒化膜１００ｎｍ厚さとシリコン酸化膜１００ｎｍ厚さの二層膜からなるアンダーコート膜を順次形成し、その後、配線およびＭＩＭ型ＦＥＤを形成した（Ｒ−１）。次に、支持枠を固定するためのフリットガラスを印刷によって所望の位置に形成した（Ｒ−２）。以上の工程により、背面パネルに単純マトリクス配線した、ＭＩＭ型ＦＥＤアレイ、支持枠用の接着材を形成した。

前面パネルの作製を説明する。ソーダライムガラス基板にＰ２２蛍光体のＲＧＢパターン，黒色導電体を印刷法により形成した。蛍光膜の内面側表面の平滑化処理を行い、その後Ａｌ膜７５ｎｍ厚さを真空蒸着等を用いて堆積させ、メタルバックを形成した。メタルバックを設けた目的は、蛍光膜が発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させることや、負イオンの衝突から蛍光膜を保護することや、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させることや、蛍光膜を励起した電子の導電路として作用させること等である。メタルバックは、蛍光膜をソーダライムガラス基板上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した（Ｆ−１）。次に、ソーダライムガラスを基板として、支持枠を固定するためのフリットガラスを印刷によって所望の位置に形成した。更に、スペーサ厚さ３ｍｍを黒色導体にフリットで接着した。以上の工程により、３原色の蛍光体がストライプ状に配設された蛍光体、および支持枠用の接着材、スペーサ等を前面パネルに形成した（Ｆ−２）。

次に、上記前面パネル，背面パネルおよび支持枠を真空槽内に導入し、真空排気を行った（ＦＲ−１）。真空排気を行いながら所定のプロファイルにて温度を上昇させ、水、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素等の脱ガスを行いながら封着温度まで昇温した。このときの封着温度はフリットガラスによって決定されるが、この場合は４３０℃に設定した（ＦＲ−２）。１０^−５Ｐａ程度の真空度まで排気し、真空容器を封着した後容器の内部に所定ガスが残るように、真空槽内に導入管から所定ガスの分圧が１０^−４Ｐａになるように所定ガスを導入するが、この場合はＨｅガスを導入した。その後、封着温度を保ちつつＸ，Ｙ，θの調整ステージにてＭＩＭ型ＦＥＤアレイと前面パネルの位置合わせを行いながら前面パネル，支持枠，スペーサ，背面パネルを接触させ、加圧させた状態を１０分間保持した後、毎分３℃で温度を下げていき、封着温度から２０℃下げたところで位置合わせを中止し、調整ステージをフリーにし、室温まで冷却した（ＦＲ−３）。室温まで冷却した後、真空槽から取り出し、封着後の真空度を維持するために、高周波加熱法によりゲッター処理を行った（ＦＲ−４）。以上のようにして完成した、本発明の製造方法による図７に示す画像表示装置において、各ＭＩＭ型ＦＥＤアレイには、容器外端子を通じ、信号の不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加することにより、電子放出させ、高圧端子を通じ、メタルバックに３ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜に衝突させ、励起・発光させることにより画像を表示した。その結果、各ＭＩＭ型ＦＥＤアレイと蛍光体の位置ずれがなく、位置ずれに起因した輝度ばらつきや、混色は観察されなかった。

実施例５を説明する。本発明の製造方法の一実施例を図５に示す。図５において、１０は真空槽、１１は真空槽内に導入するガス導入管、１２は真空排気用の排気管、１４１は前面パネル、１４５は背面パネル、２２は支持枠、２３は１４１と１４５と２２を接続するための接合部材であり、主に低融点ガラスからなるフリットガラスである。

図５では接合部材２３は、前面パネルおよび背面パネルに予め形成されているが、支持枠２２の前面パネルおよび背面パネルへの接合面に予め形成してもよい。また、フリットガラスは仮焼成により、有機物を予め除去しておくことが望ましい。

３０は前面パネルのＸ，Ｙ，θ方向の位置を調整するための位置調整手段であるステージ、３１は前面パネルを加熱するための加熱手段である加熱板、３２は前面パネルのＺ方向位置調整手段であり、前面パネル、背面パネル、および支持枠を接触させた後に加圧する機構を兼ねている。３３は背面パネルのＸ，Ｙ，θ方向の位置を調整するための位置調整手段であるステージ、３４は背面パネルを加熱するための加熱手段である加熱板である。

図５においては前面パネルが装置上方、背面パネルが装置下方に設置されているが設置場所はこれに限定されるものではなく、どちらを上方に設置するかは適時選択すれば良い。また、前面パネルおよび背面パネルのＸ，Ｙ，θ方向位置調整手段であるステージ３０，３３は、必ずしも前面パネル、背面パネル双方に必要ではない。また、加熱板３１とステージ３０及び加熱板３４とステージ３３との間には、断熱材等の断熱構造を有することが好ましい。

前面パネル１４１および背面パネル１４５は、不図示の固定治具により加熱板３１，３４にそれぞれ固定されている。支持枠２２の背面パネル１４５および前面パネル１４１への接着個所には予めフリットガラスが配設されている。

また、大型の表示パネルを構成するときにはスペーサと呼ばれる耐大気圧構造体を予め前面パネル側もしくは背面パネル側に接着しておくが、このとき同時に支持枠を前面パネル側もしくは背面パネル側に接着しておいても構わない。このように加熱板３１，３４にそれぞれ前面パネル、背面パネルを固定し、十分なガスに対するコンダクタンスを確保できる距離においてガラスフリットの軟化点付近まで温度を上昇させながら排気口１２から真空排気を行う。十分に真空排気を行い、部材からの脱ガスやガラスフリットから発生する水や二酸化炭素等が所望の値以下になったことをチャンバ内雰囲気測定装置にて確認した後に、ガス導入管１１からＨｅガスを導入しチャンバ内のＨｅガス分圧が１０^−４Ｐａ程に安定したことを確認した後に、前面パネルと背面パネルが所定の位置関係を保つように前面パネルのＸ，Ｙ，θ方向調節ステージ３０、あるいは背面パネルのＸ，Ｙ，θ方向調節ステージ３３、あるいはその方向を用いて前面パネルと背面パネルの相対位置関係の調節を行いながら、前面パネルのＺ方向調節機構を用いて前面パネルと背面パネル、および支持枠を接触させ、加圧を行う。一定時間加圧、および前面パネルと背面パネルの相対位置の調整を行いながら温度を保持した後、所定の温度プロファイルにて温度を下げ、ガラスフリットを硬化させて張り合わせを行う。なお、前面パネルと背面パネルの相対位置の調整は、ガラスフリットの軟化点から所望の温度まで下がり、フリットが硬化し始めながらもある程度の流動性を保っている状態まで行われる。さらに温度を下げてガラスフリットを完全に硬化させた後、室温程度まで徐々に冷却し、真空チャンバから取り出す。完成した画像形成装置の一例の概略を図７に示す。前面パネル１４１と背面パネル１４５とは支持枠１４３とスペーサ１４７により保持されており、耐大気圧構造となっている。

以上、製造方法の例では、同一真空槽内にて、パネルのベーキング、真空排気、ガスの導入、および封着等、を行ったが、本発明は同一真空槽内で行うことに限定するものではなく、それぞれの工程を別々の真空槽で行ってもよく、数工程を同一の真空槽で行ってもよい。また、それぞれの工程は、一ライン上に設定してもかまわないし、スター配置上に設定してもかまわない。

また、本実施例では、冷陰極電子放出素子として、ＭＩＭ型、ＦＥ型を用いて説明したが、それらに限定するものではなく、本発明は、ＳＣ型、ナーボンナノチューブを用いたＦＥ型、弾道電子面放出型電子源、高効率冷陰極電子放出素子等を用いた画像形成装置および製造方法でも有効である。

上記のように、本発明の画像形成装置および製造方法により、冷陰極電子放出素子を用いたディスプレイにおいて、従来からの課題であった放電、プラスイオン等により冷陰極電子放出素子がダメージを受けることによる生ずる電子放出の低減による輝度の揺らぎや輝度劣化等が抑制可能になり、産業上の有益性が高い。また、製造方法においても、背面パネルと前面パネルをガスに対する十分なコンダクタンスが得られるだけの間隔を離して封着温度まで昇温し、部材からの脱ガスを十分行った後に所望のガスを導入して張り合わせることにより、安定した電子放出特性を得ることができる。また、封着温度近傍において電子源と画像形成部材を所定の位置関係に保ちながら部材を張り合わせて真空外囲器を形成するため、熱膨張とフリットガラスの軟化等による相対位置のずれを補正することができ、電子源基板と前面パネルを高い位置精度で張り合わせることができ、位置ずれに起因する輝度むらや混色のない、高品位な画像形成装置を作製することができる。

本発明の画像形成装置の製造工程の一例の説明図。 ＭＩＭ型陰極の構造の説明図。 ＭＩＭ型陰極アレイの作製プロセスを示す説明図。 ＭＩＭ型陰極アレイの作製プロセスを示す説明図。 実施例５の画像形成装置の製造方法の一例の説明図。 実施例１の評価結果を説明する図表。 実施例５の画像形成装置の概略の説明図。 実施例２のＦＥ型ＦＥＤの断面の説明図。 実施例２の評価結果を説明する図表。 実施例３の導入ガス分圧の範囲の説明図。

符号の説明

１‥‥ソーダガラス基板
２‥‥ＳｉＮ_ｘアンダーコート膜
３‥‥ＳｉＯ_２アンダーコート膜
４‥‥フィールド絶縁膜
５‥‥コンタクト電極
６‥‥バス電極
７‥‥保護絶縁膜
８‥‥上部電極
９‥‥下部電極
１０‥‥真空槽
１１‥‥真空槽内に導入するガス導入管
１２‥‥真空排気用の排気管
１４‥‥トンネル絶縁膜
１５‥‥レジスト
２２‥‥支持枠
２３‥‥接合部材
３０‥‥Ｘ，Ｙ，θ方向の位置を調整するための位置調整手段であるステージ
３１‥‥加熱板
３２‥‥Ｚ方向位置調整手段
３３‥‥Ｘ，Ｙ，θ方向の位置を調整するための位置調整手段であるステージ
３４‥‥加熱板
１３１‥‥背面パネル
１３２‥‥前面パネル
１３３‥‥陰極
１３４‥‥ゲート電極
１３５‥‥ゲートと陰極間の絶縁膜
１３６‥‥集束電極
１３８‥‥ゲートと集束電極間の絶縁膜
１４１‥‥前面パネル
１４３‥‥支持枠
１４５‥‥背面パネル
１４７‥‥スペーサ

Claims (8)

1. 蛍光面を有する表示パネルと、該表示パネルと対向して電子ビームを放出する冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネルとを、接合材を介して封着して真空排気空間を設けた画像形成装置であり、
   前記真空排気空間内に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒの少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスが導入されたことを特徴とする画像形成装置。
2. 上記Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒの少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスの真空排気空間における分圧は、１０^−２Ｐａ以下である請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒの少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスの真空排気空間における分圧は、１０^−１１Ｐａ以上である請求項１に記載の画像形成装置。
4. 蛍光面を有する表示パネルと、該表示パネルと対向して電子ビームを放出するＭＩＭ型冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネルとを、接合材を介して封着して真空排気空間を設けた画像形成装置であり、
   前記真空排気空間内に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ_２の少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスが導入されたことを特徴とする画像形成装置。
5. 上記Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ_２からなるガスの少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスの真空排気空間における分圧は、１０^−２Ｐａ以下である請求項４に記載の画像形成装置。
6. 上記Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ_２からなるガスの少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスの真空排気空間における分圧は、１０^−１１Ｐａ以上である請求項４に記載の画像形成装置。
7. 蛍光面を有する表示パネルと、該表示パネルと対向して電子ビームを放出する冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネルとを、接合材を介して封着して真空排気空間を設けた画像形成装置の製造方法であって、
   真空槽内において、第一の加熱手段と第二の加熱手段の間に前記表示パネルと前記背面パネルとを封着部を接触させない状態で保持して、前記真空槽内の真空排気を行いながら、前記表示パネルと前記背面パネルと接合材とを封着温度まで加熱する加熱工程と、前記真空槽内を所定の真空度まで真空排気した後に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒの少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスを前記真空槽内に所定の分圧になるように導入する工程と、前記真空槽内が所定の分圧の前記ガスにより満たされている状態で、前記封着部を接触させて前記表示パネルと前記背面パネルとを前記接合材を介して封着する工程と、を有することを特徴とする画像形成装置の製造方法。
8. 蛍光面を有する表示パネルと、該表示パネルと対向して電子ビームを放出するＭＩＭ型冷陰極電子放出素子アレイを有する背面パネルとを、接合材を介して封着して真空排気空間を設けた画像形成装置の製造方法であって、
   真空槽内において、第一の加熱手段と第二の加熱手段の間に前記表示パネルと前記背面パネルとを封着部を接触させない状態で保持して、前記真空槽内の真空排気を行いながら、前記表示パネルと前記背面パネルと接合材とを封着温度まで加熱する加熱工程と、前記真空槽内を所定の真空度まで真空排気した後に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ_２の少なくとも一種類からなるガス、又は該ガスとＫｒ，Ｘｅのいずれかのガスを前記真空槽内に所定の分圧になるように導入する工程と、前記真空槽内が所定の分圧の前記ガスにより満たされている状態で、前記封着部を接触させて前記表示パネルと前記背面パネルとを前記接合材を介して封着する工程と、を有することを特徴とする画像形成装置の製造方法。

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