JP3780239B2 - Image display device and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子が配置された電子源基板を用いた画像表示装置に関し、特にその真空封着部における構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子としては熱電子源と冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には電界放出型素子（ＦＥ型素子）、金属／絶縁層／金属型素子（ＭＩＭ素子）、表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
以下に、表面伝導型電子放出素子の概略を簡単に説明する。
【０００４】
上記の表面伝導型電子放出素子は、図１７に模式的に示すように、基板１上に対向する一対の素子電極２，３と、該素子電極に接続されその一部に電子放出部５を有する導電性膜４とを有してなる。
【０００５】
上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたって多数の素子を配列形成できる利点がある。そこで、その特徴を生かせるような様々な応用が研究されている。例えば、多数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス状等に配線接続した電子源基板、かかる電子源基板を用いた表示装置等の平面型画像形成装置が挙げられる。
【０００６】
これらの電子放出素子を多数配置した電子源基板を用いて構成した表示パネルの模式図を図１８に示す。図１８は、表示パネル（外囲器９０）周辺部の概略断面構造を示している。
【０００７】
図１８において、２１は電子放出素子（不図示）が多数配置された電子源基板を指し、リアプレートとも呼ぶ。８２はガラス基板の内面に蛍光膜とメタルバック等が形成されたフェースプレートである。８６は支持枠である。
【０００８】
外囲器９０は、リアプレート２１、支持枠８６及びフェースプレート８２を接着し、封着することによって構成されている。以下、外囲器９０の封着手順を簡単に説明する。
【０００９】
先ず、リアプレート２１と支持枠８６はフリットガラス２０２によって予め接合させておく。
【００１０】
次に、パネル接合材料としてＩｎ膜２０３を半田付けにて、支持枠８６とフェースプレート８２に設ける。この時、支持枠８６とフェースプレート８２へのＩｎ膜２０３の接合強度を高めるために、下地層として銀ペースト膜２０４を設けることが望ましい。
【００１１】
その後、真空チャンバー中で、Ｉｎ融点以上の温度でＩｎ膜２０３を介して支持枠８６とフェースプレート８２を接合することで、封着して、外囲器９０を構成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の画像形成装置の封着方法では、以下の様な問題点があった。
【００１３】
接合材料として、融点が１５６℃と比較的低く、かつ軟化点＝融点での放出ガスが少ない材料としてＩｎを用いているが、Ｉｎ膜２０３と支持枠８６やフェースプレート８２、或は、下地層としての銀ペースト膜２０４に超音波半田付けを行う際に、Ｉｎ膜２０３に表面酸化膜が形成される問題である。
【００１４】
即ち、酸化膜は、融点が８００℃以上と高温であるため、封着の際に純Ｉｎが融けている時にも、酸化膜として残存する。この酸化膜が薄い場合は、破れたり、純Ｉｎと化学反応することで、酸化膜の形状が失われ問題とはならない。しかし、酸化膜が厚いと、凹凸のある表面形状がそのまま残り、真空リークの原因となりやすい。
【００１５】
Ｉｎは、大気雰囲気で容易に酸化するだけでなく、融点以上で急速に内部に酸素が拡散し厚い酸化膜を形成する。よって、従来の封着方法では、超音波半田付けの際に形成される酸化膜が厚い箇所で、真空リークが生じやすいという、問題があった。
【００１６】
これらの問題は、接合材料としてＩｎ以外の金属、或は、合金材料を用いる場合も同じように大きな問題となりうる。
【００１７】
本発明の目的は、真空リークの少ない信頼性の高い、そして表示品位の良い画像表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、以下のとおりである。
【００１９】
第一の本発明は、第一の基板と、前記第一の基板と間隔を置いて対向配置された第二の基板とを有する外囲器と、前記外囲器内に配置された画像表示手段とを備える画像表示装置であって、前記第一の基板または前記第二の基板の周辺部において、前記第一の基板と前記第二の基板とが、その内部に高融点材料からなる部材を有する低融点金属の接合部材により封着されており、前記高融点材料からなる部材は、酸化しにくい金属を母材表面にコーティングしたものであることを特徴とする画像表示装置である。第二の本発明は、第一の基板と、前記第一の基板と間隔を置いて対向配置された第二の基板とを有する外囲器と、前記外囲器内に配置された画像表示手段とを備える画像表示装置であって、前記第一の基板または前記第二の基板の周辺部において、前記第一の基板と前記第二の基板とが、その内部に高融点材料からなる部材を有する低融点金属の接合部材により封着されており、前記高融点材料からなる部材は、水素を吸蔵させた金属であることを特徴とする画像表示装置である。
【００２０】
かかる第一の本発明は、接合部材がその内部に、接合部材よりも高融点の材料からなる保持部材を有しているので、封着に際して、接合部材の表面酸化膜を高融点の材料からなる保持部材によって破ることができ、接合面から酸化膜を排除することができるので、基板の接合面と接合部材との密着性（接合性）が良好であり、外囲器のシール性能に優れる。更には、高融点材料からなる保持部材による両基板間隔の保持性能にも優れる。
【００２１】
また、第一及び第二の本発明は、「前記高融点材料からなる部材は、金属であること」、「前記高融点材料からなる部材が、前記間隔方向において、前記接合部材の厚みと同じ厚みを有すること」、「前記高融点材料からなる部材は、水素を吸蔵させた金属であること」、「前記画像表示手段は、電子放出素子と蛍光体とを有すること」、のそれぞれをより好ましい形態として含むものである。
【００２９】
また、第三の本発明は、第一の基板と、前記第一の基板と間隔を置いて対向配置された第二の基板とを有する外囲器と、前記外囲器内に配置された画像表示手段とを備える画像表示装置の製造方法であって、第一の基板または第二の基板の周辺部において、前記第一の基板と前記第二の基板とを、その内部に高融点材料からなる部材を有する低融点金属の溶融接合により封着する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
【００３０】
かかる第三の本発明は、接合部材がその内部に、接合部材よりも高融点の材料からなる部材を有しているので、封着に際して、接合部材の表面酸化膜を高融点の材料からなる部材によって破ることができ、接合面から酸化膜を排除することができるので、基板の接合面と接合部材との良好な密着性（接合性）を得ることができる。
【００３１】
また、第三の本発明は、「前記高融点材料からなる部材は、金属であること」、「前記画像表示手段は、電子放出素子と蛍光体とを有すること」、のそれぞれをより好ましい形態として含むものである。
【００３５】
尚、以上で述べた金属は、合金をも含むものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３７】
本実施の形態の電子源基板に配置される電子放出素子としては、図１７に例示した構成が挙げられる。
【００３８】
基板１はガラス等からなり、その大きさおよびその厚みは、その上に設置される電子放出素子の個数、および個々の素子の設計形状、および電子源の使用時に容器の一部を構成する場合には、その容器を真空に保持するための耐大気圧構造等の力学的条件等に依存して適宜設定される。
【００３９】
ガラスの材質としては、廉価な青板ガラスを使うことが一般的であるが、この上にナトリウムブロック層として、例えば厚さ０．５μｍ程度のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板等を用いる必要がある。この他にナトリウムが少ないガラスや、石英基板でも作成可能である。
【００４０】
また素子電極２、３の材料としては、一般的な導体材料が用いられ、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ等の金属やＰｄ−Ａｇ等の金属が好適であり、あるいは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体や、ＩＴＯ等の透明導電体等から適宜選択され、その膜厚は、好ましくは数百Åから数μｍの範囲が適当である。
【００４１】
さらにこの素子電極には、市販の白金Ｐｔ等の金属粒子を含有したペーストを、オフセット印刷等の印刷法によって塗布形成する事も可能である。
【００４２】
またより精密なパターンを得る目的で、白金Ｐｔ等を含有する感光性ペーストを、スクリーン印刷等の印刷法で塗布し、フォトマスクを用いて露光、現像するという工程でも形成可能である。
【００４３】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、素子電極２、３の形状等は、実素子が応用される形態等に応じて適宜設計されるが、間隔Ｌは好ましくは数千Åから１ｍｍであり、より好ましくは素子電極間に印加する電圧等を考慮して１μｍから１００μｍの範囲である。また、素子電極長さＷは、好ましくは電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲である。
【００４４】
電子源となる導電性膜（素子膜）４は、素子電極２、３を跨ぐ形で形成される。
【００４５】
導電性膜４としては、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜が特に好ましい。またその膜厚は、素子電極２、３へのステップカバレージ、素子電極間の抵抗値、および後述するフォーミング処理条件等を考慮して適宜設定されるが、好ましくは数Åから数千Åであり、特に好ましくは１０Åから５００Åの範囲とするのが良い。そのシート抵抗値は、好ましくは１０³〜１０⁷Ω／□である。
【００４６】
なお、ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接あるいは重なり合った状態（島状も含む）の膜を指しており、微粒子の粒径は、数Å〜数千Å、好ましくは１０Å〜２００Åである。
【００４７】
導電性膜材料には、一般にはパラジウムＰｄが適しているが、これに限ったものではない。また成膜方法も、スパッタ法、溶液塗布後に焼成する方法などが適宜用いられる。
【００４８】
電子放出部５は、例えば以下に説明するような通電処理によって形成することができる。尚、図示の便宜から、電子放出部５は導電性膜４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【００４９】
所定の真空度のもとで素子電極２、３間に不図示の電源より通電すると、導電性膜４の部位に、構造の変化した間隙（亀裂）が形成される。この間隙領域が電子放出部５を構成する。尚、このフォーミングにより形成した間隙付近からも、所定の電圧下では電子放出が起こるが、この状態ではまだ電子放出効率が非常に低いものである。
【００５０】
通電フォーミングの電圧波形の例を図８に示す。電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する図８（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながらパルスを印加する図８（ｂ）に示した手法がある。
【００５１】
まず、パルス波高値を定電圧とした場合について図８（ａ）で説明する。図８（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常、Ｔ１は１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒〜１００ｍ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子の形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を採用することができる。
【００５２】
次に、パルス波高値を増加させながら電圧パルスを印加する場合について図８（ｂ）で説明する。図８（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図８（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させることができる。
【００５３】
通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧印加中の素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、例えば１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させることができる。
【００５４】
このフォーミング処理後の状態では電子発生効率は非常に低いものである。よって電子放出効率を上げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行うことが望ましい。
【００５５】
この活性化処理は、有機化合物が存在する適当な真空度のもとで、パルス電圧を素子電極２、３間に繰り返し印加することによって行うことができる。そして炭素原子を含むガスを導入し、それに由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記間隙（亀裂）近傍にカーボン膜として堆積させる。
【００５６】
本工程の一例を説明すると、例えばカーボン源としてトルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａ程度を維持する。導入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０^-5Ｐａ〜１×１０^-2Ｐａ程度が好適である。
【００５７】
図１１に、活性化工程で用いられる電圧印加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１０Ｖ〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。
【００５８】
図１１（ａ）に於いて、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図１１（ｂ）に於いて、Ｔ１およびＴ１’はそれぞれ電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【００５９】
このとき、約６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了する。
【００６０】
以上の工程により図１７に示したような電子放出素子を作製することができる。
【００６１】
上述のような素子構成と製造方法によって作製された電子放出素子の基本特性について図９、図１０を用いて説明する。
【００６２】
図９は、前述した構成を有する電子放出素子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略図である。図９において、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子の電極部を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。
【００６３】
電子放出素子の素子電極２、３間を流れる素子電流Ｉｆ、及びアノードへの放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極２，３に電源５１と電流計５０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源５３と電流計５２とを接続したアノード電極５４を配置している。
【００６４】
また、本電子放出素子およびアノード電極５４は真空装置５５内に設置され、その真空装置には排気ポンプ５６および真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようになっている。なお、アノード電極５４の電圧は１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。
【００６５】
図９に示した測定評価装置により測定された放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図１０に示す。なお、放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆは大きさが著しく異なるが、図１０ではＩｆ、Ｉｅの変化の定性的な比較検討のために、リニアスケールで縦軸を任意単位で表記した。
【００６６】
本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特徴を有する。
【００６７】
まず第一に、図１０からも明らかなように、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１０中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子としての特性を示しているのが判る。
【００６８】
第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
【００６９】
第三に、アノード電極５４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。すなわち、アノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。
【００７０】
本実施の形態に係る電子源基板の基本構成としては、例えば図２に示すような構成が挙げられる。この電子源基板は、基板２１上に、複数のＹ方向配線（下配線）２４と、このＹ方向配線２４の上に絶縁層２５を介して複数のＸ方向配線（上配線）２６が形成され、該両方向配線の交差部近傍にそれぞれ、電極対（素子電極２、３）を含む電子放出素子が配設されているものである。
【００７１】
本実施の形態の画像表示装置は、図２に例示したような電子源基板を用いて構成されるものであり、その基本構成について、図１２を用いて説明する。
【００７２】
図１２において、２１は上記の電子源基板、８２はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレート、８６は支持枠である。電子源基板２１、支持枠８６及びフェースプレート８２を前述のようなＩｎ膜などの接合部材及びフリットガラス等によって接着し、４００℃〜５００℃で、１０分以上焼成することで、封着して、外囲器９０を構成する。
【００７３】
尚、フェースプレート８２と電子源基板２１との間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大面積パネルの場合にも大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器９０を構成することもできる。
【００７４】
本実施の形態の画像表示装置は、真空封着部における構成に最大の特徴を有するものであり、電子源基板２１とフェースプレート８２とをＩｎ膜などの接合部材を介して接合し、電子源基板２１とフェースプレート８２との間に所定の空隙を設けて外囲器９０を構成するに際し、上記の接合部材の内部に、この接合部材の軟化温度より高い融点を持ち、かつ、接合部材に対して濡れ性の良い接合部材の保持部材を設けているものである。
【００７５】
接合部材の保持部材の材料としては、酸化物を作りにくい固体金属が望ましく、例えば銀、金、白金などの貴金属材料や、銅やクロム、ニッケルなどに金コートを施したものが、まず挙げられる。さらに、前述のようなＩｎ膜などの接合部材の表面酸化膜を還元するものも、望ましい。具体的には、チタン、ニッケル、鉄などの水素吸蔵金属、或は水素吸蔵合金に、予め室温にて水素雰囲気で水素を吸蔵させた材料であれば、封着の際に高温で水素を放出し、酸化膜中の酸素と反応し、酸化膜の還元反応を促進させる。これら、貴金属材料や水素吸蔵金属は、概ね、液体Ｉｎと濡れ性が良いことも望ましい特性である。
【００７６】
尚、本実施の形態の画像表示装置における真空封着部の具体的な構成例及び作用等については、後述の実施例にて詳しく説明する。
【００７７】
図１３はフェースプレート８２上に設ける蛍光膜８４の説明図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電体９１と蛍光体９２とで構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の場合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することである。
【００７８】
また、蛍光膜８４の内面側には通常メタルバック８５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８２側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加するためのアノード電極として作用すること等である。メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。
【００７９】
前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、上下基板の突き当て法などで十分な位置合わせを行う必要がある。
【００８０】
封着時の真空度は１０^-5Ｐａ程度の真空度が要求される他、外囲器９０の封止後の真空度を維持するために、ゲッタ処理を行なう場合もある。
【００８１】
上述のゲッタには蒸着型と非蒸発型があり、蒸着型ゲッタはＢａ等を主成分とする合金を、外囲器９０内で通電あるいは高周波により加熱し、容器内壁に蒸着膜を形成（ゲッタフラッシュ）し、活性なゲッタ金属面により内部で発生したガスを吸着して高真空を維持するものである。
【００８２】
一方、非蒸発型ゲッタは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ａｌ、Ｆｅ等のゲッタ材を配置し、真空中で加熱して、ガス吸着特性を得る「ゲッタ活性化」を行うことにより、放出ガスを吸着することができる。
【００８３】
一般に、平面型画像表示装置は、薄いために真空を維持する蒸着型ゲッタの設置領域や瞬時放電のためのフラッシュ領域が十分確保できず、画像表示エリア外の支持枠近傍にそれらを設置している。よって、画像表示の中央部とゲッタ設置領域とのコンダクタンスが小さくなり、電子放出素子や蛍光体の中央部での実効排気速度が小さくなってしまう。
【００８４】
電子源と画像表示部材を有する画像表示装置において、好ましくないガスを発生させる部分は、主に電子ビームにより照射される画像表示領域である。そのため、蛍光体及び電子源を高真空で保持したい場合には、放出ガスの発生源である蛍光体や電子源近傍に非蒸発型ゲッタを配置する必要がある。
【００８５】
前述した本実施の形態に係る表面伝導型電子放出素子の基本的特性によれば、電子放出部からの放出電子は、しきい値電圧以上では対向する電極間に印加するパルス状電圧の波高値と巾によって制御され、その中間値によっても電流量が制御され、もって中間調表示が可能になる。
【００８６】
また多数の電子放出素子を配置した場合においては、各ラインの走査線信号によって選択ラインを決め、各情報信号ラインを通じて個々の素子に上記パルス状電圧を適宜印加すれば、任意の素子に適宜電圧を印加する事が可能となり、各素子をＯＮすることができる。
【００８７】
また中間調を有する入力信号に応じて電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式が挙げられる。
【００８８】
本実施の形態の画像表示装置では、電子源基板２１とフェースプレート８２とを接合するＩｎ膜等からなる接合部材の内部に、この接合部材の軟化温度より高い融点を持ち、かつ、接合部材に対して濡れ性の良い接合部材の保持部材を設けたことにより、接合部分における真空リークの発生を極めて効果的に抑えることができ、長期にわたり良質な画像を表示することができるものである。
【００８９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００９０】
［実施例１］
本実施例は、図２に示したような多数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス配線接続してなる電子源基板を製造し、この電子源基板を用いて図１２に示したような画像表示装置を製造した例である。
【００９１】
先ず、本実施例の電子源基板の製造方法を図２乃至図７を参照して説明する。
【００９２】
（素子電極の形成）
基板としてプラズマディスプレイ用電気ガラスであるアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）製）の２．８ｍｍ厚ガラス上にナトリウムブロック層としてＳｉＯ₂膜１００ｎｍを塗付焼成したものを用いた。
【００９３】
このガラス基板上に、スパッタ法によってまず下引き層としてチタニウムＴｉ（厚さ５ｎｍ）、その上に白金Ｐｔ（厚さ４０ｎｍ）を成膜した後、ホトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングして素子電極２、３を形成した（図３参照）。なお、本実施例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μｍ、対向する長さＷ＝１００μｍとした。
【００９４】
（下配線の形成）
配線材料に関しては、多数の表面伝導型素子にほぼ均等な電圧が供給されるように低抵抗である事が望まれ、材料、膜厚、配線巾等が適宜設定される。
【００９５】
共通配線としてのＹ方向配線（下配線）２４は、一方の素子電極３に接して、かつそれらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料にはＡｇフォトぺーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成して下配線２４を形成した（図４参照）。この下配線２４の厚さは約１０μｍ、幅は約５０μｍである。なお終端部は配線取り出し電極として使うために、線幅をより大きくした。
【００９６】
（絶縁層の形成）
上下配線を絶縁するために、絶縁層２５を形成する。後述のＸ方向配線（上配線）下に、先に形成したＹ方向配線（下配線）２４との交差部を覆うように、かつＸ方向配線（上配線）と素子電極２との電気的接続が可能なように、各素子に対応した接続部にコンタクトホール２７を開けて形成した（図５参照）。
【００９７】
具体的には、ＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像した。これを４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度で焼成した。この絶縁層２５の厚みは、全体で約３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
【００９８】
（上配線の形成）
先に形成した絶縁層２５の上に、Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様なことを行い２度塗りしてから、４８０℃前後の温度で焼成してＸ方向配線（上配線）２６を形成した（図６参照）。Ｘ方向配線２６は、絶縁層２５を挟んでＹ方向配線２４と交差しており、絶縁層２５に設けたコンタクトホール２７部分で素子電極２と接続されている。
【００９９】
このＸ方向配線２６は駆動時は走査電極として作用する。尚、Ｘ方向配線２６の厚さは約１５μｍである。図示していないが、外部駆動回路との引出し配線もこれと同様の方法で形成した。
【０１００】
このようにしてＸＹマトリクス配線を有する基板が形成された。
【０１０１】
（導電性膜の形成）
次に、上記基板を十分にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で表面を処理し、表面が疎水性になるようにした。これはこの後塗布する導電性膜形成用の水溶液が、素子電極上に適度な広がりをもって配置されるようにするためである。用いた撥水剤は、ＤＤＳ（ジメチルジエトキシシラン）溶液をスプレー法にて基板上に散布し、１２０℃にて温風乾燥した。
【０１０２】
次に、素子電極２，３間に導電性膜４を形成した。本工程を図７の模式図を用いて説明する。尚、基板２１上における個々の素子電極の平面的ばらつきを補償するために、基板上の数箇所に於いてパターンの配置ずれを観測し、観測点間のポイントのずれ量は直線近似して位置補完し、導電性膜形成材料を塗付する事によって、全画素の位置ずれをなくして、対応した位置に的確に塗付するようにした。
【０１０３】
本実施例では、導電性膜４としてパラジウム膜を得る目的で、先ず水８５：イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解し、有機パラジウム含有溶液を得た。この他若干の添加剤を加えた。この溶液の液滴を、液滴付与手段７１として、ピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用い、ドット径が６０μｍとなるように調整して素子電極間に付与した（図７（ａ））。
【０１０４】
その後、この基板を空気中にて、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）からなる導電性膜４’が形成された（図７（ｂ））。
【０１０５】
（フォーミング工程）
次に、フォーミングと呼ばれる本工程に於いて、上記導電性膜４’を通電処理して内部に亀裂を生じさせ、電子放出部５を形成する（図７（ｃ））。
【０１０６】
具体的な方法は、上記基板２１の周囲の取り出し電極部を残して、基板全体を覆うようにフード状の蓋をかぶせて基板２１との間で内部に真空空間を作り、外部電源より電極端子部から両方向配線２４、２６間に電圧を印加し、素子電極２、３間に通電することによって、導電性膜４’を局所的に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する。
【０１０７】
この時若干の水素ガスを含む真空雰囲気下で通電加熱すると、水素によって還元が促進され酸化パラジウムＰｄＯからなる導電性膜４’がパラジウムＰｄからなる導電性膜４に変化する。
【０１０８】
この変化時に膜の還元収縮によって、一部に亀裂（間隙）が生じるが、この亀裂発生位置、及びその形状は元の膜の均一性に大きく影響される。多数の素子の特性ばらつきを抑えるには、上記亀裂は導電性膜４の中央部に起こり、かつなるべく直線状になることがなによりも望ましい。
【０１０９】
なおこのフォーミングにより形成した亀裂付近からも、所定の電圧下では電子放出が起こるが、現状の条件ではまだ発生効率が非常に低いものである。
【０１１０】
また得られた導電性膜４の抵抗値Ｒｓは、１０²から１０⁷Ωの値である。
【０１１１】
フォーミング処理に用いた電圧波形は図８（ｂ）の様な矩形パルス波形を用い、Ｔ１を０．１ｍｓｅｃ、Ｔ２を５０ｍｓｅｃとした。印加した電圧は０．１Ｖから始めて５秒ごとに０．１Ｖステップ程度ずつ増加させた。通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧印加時に素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、フォーミング処理前の抵抗に対して１０００倍以上の抵抗を示した時点で通電フォーミングを終了した。
【０１１２】
（活性化工程）
前記のフォーミングと同様にフード状の蓋をかぶせて基板２１との間で内部に真空空間を作り、外部から両方向配線２４、２６を通じてパルス電圧を素子電極２、３間に繰り返し印加することによって行う。そして炭素原子を含むガスを導入し、それに由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記亀裂近傍にカーボン膜として堆積させる。
【０１１３】
本工程ではカーボン源としてトリニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した。
【０１１４】
図１１に、活性化工程で用いられる電圧印加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。
【０１１５】
図１１（ａ）に於いて、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図１１（ｂ）に於いて、Ｔ１およびＴ１’はそれぞれ電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【０１１６】
このとき、素子電極３に与える電圧を正としており、素子電流Ｉｆは、素子電極３から素子電極２へ流れる方向が正である。本実施例では、約６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了した。
【０１１７】
以上の工程で、基板上に多数の電子放出素子をマトリクス配線接続してなる電子源基板を作成することができた。
【０１１８】
（電子源基板の特性評価）
上述のような素子構成と製造方法によって作製された電子源基板の電子放出特性を、図９に示したような装置を用いて測定した。その結果、素子電極間に印加する電圧１２Ｖにおける放出電流Ｉｅを測定したところ平均０．６μＡ、電子放出効率は平均０．１５％を得た。また素子間の均一性もよく、各素子間でのＩｅのばらつきは５％と良好であった。
【０１１９】
次に、以上のようにして作製した電子源基板を用いて図１２に示したような表示パネル（外囲器９０）を製造した。
【０１２０】
図１は、本実施例に係る表示パネル（外囲器９０）の周辺部の概略断面構造を示す図である。
【０１２１】
図１において、２１は電子放出素子が多数配置された上記の電子源基板を指し、リアプレートと呼ぶ。８２はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５が形成されたフェースプレートである（図１２参照）。また、８６は支持枠、２０３はＩｎ膜（接合部材）、２０５はＩｎ膜保持部材（接合部材保持部材）である。
【０１２２】
フェースプレート８２を構成するガラス基板８３には、リアプレート２１と同じくプラズマディスプレイ用電気ガラスであるアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の材料を用いている。このガラス材料の場合、ガラスの着色現象は起きないし、板厚を３ｍｍ程度にすれば、１０ｋＶ以上の加速電圧で駆動した場合でも、２次的に発生する軟Ｘ線の漏れを抑える遮蔽効果も充分である。
【０１２３】
フェースプレート８２とリアプレート２１との間には、スペーサー２０１と呼ばれる支持体を設置している。これにより、大面積パネルの場合にも大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器９０を構成することができる。
【０１２４】
スペーサー２０１と支持枠８６はリアプレート２１にフリットガラス２０２によって接着され、４００〜５００℃で、１０分以上焼成することで固定されている。フリットガラス２０２によってリアプレート２１に接着された支持枠８６の高さに比べて、スペーサー２０１の高さが僅かに高くなるよう、それぞれの高さ形状を設定することで、接合後のＩｎ膜２０３の厚みが決まるようになっている。よって、スペーサー２０１は、Ｉｎ膜２０３の厚み規定部材としても機能している。
【０１２５】
支持枠８６とフェースプレート８２はＩｎ膜２０３で接着される。Ｉｎ膜２０３は、高温でもガス放出が少なく、低温の融点を持つために金属Ｉｎを用いている。金属、或いは合金を接合部材として用いた場合、溶媒やバインダを含んでいないため、融点で溶け出した時の放出ガスは非常に少ないので接合部材として望ましい。
【０１２６】
Ｉｎ膜２０３が接着する支持枠８６及びフェースプレート８２の箇所には、界面での密着性を高めるために下引き層２０４を設ける。本実施例では、金属Ｉｎと濡れ性の良い銀を用いている。銀の下引き層２０４は、銀ペーストをスクリーン印刷などにより容易にパターニングが可能である。下引き層２０４としては、他にもＩＴＯやＰｔなど真空蒸着法により簡単に形成できる金属薄膜でも充分である。
【０１２７】
また、Ｉｎ膜２０３内部には、Ｉｎ膜保持部材２０５を設けてある。Ｉｎ膜保持部材２０５の機能を説明するために、図１４、図１５を用いて、本実施例による画像表示装置の封着方法を説明する。
【０１２８】
フェースプレート８２とリアプレート２１を接合する前、すなわち封着する前に予めＩｎ膜２０３をパターニング形成する。図１４では、フェースプレート８２上に形成する方法を説明するが、リアプレート２１に接着された支持枠８６上にＩｎ膜２０３を形成する場合も同じである。
【０１２９】
まず、フェースプレート８２は、融けたＩｎの濡れ性を上げるために充分な温度で温められた状態で保持される。１００℃以上の温度であれば充分である。下引き層２０４として用いられた銀ペーストは、ガラス密着性が高いものの内部に気孔を多く含んだポーラスな膜である。よって、融けたＩｎを充分に下引き層２０４内部に含浸させる必要があるため、融点以上の高い温度で融けたＩｎを超音波半田ゴテ２０６により下引き層２０４に半田付けして、Ｉｎ膜２０３を形成する。２００℃以上の温度で融けている液体Ｉｎであれば充分である。ここで、Ｉｎが下引き層２０４に充分に含浸しない場合には、真空リークの原因となる。金属Ｉｎは、常に半田ゴテ先端に供給されるよう、不図示のＩｎ補給手段によって接合箇所に随時補充されている。
【０１３０】
また、Ｉｎ膜２０３の膜厚は、フェースプレート側とリアプレート側（支持枠８６上）それぞれに形成したＩｎ膜の膜厚合計が、接合後のＩｎ膜２０３の厚みと比較して、充分に多くなるよう、超音波半田ゴテ２０６の移動スピードとＩｎの供給量を調節してある。本実施例では、封着後のＩｎ膜２０３の厚みが３００μｍ、フェースプレート側とリアプレート側それぞれに同じく３００μｍの膜厚で形成してある。
【０１３１】
フェースプレート８２とリアプレート８１の両基板に、図１４で示した形成法によりＩｎ膜２０３を形成した後、図１５で示した封着方法によりパネルを接合させる。
【０１３２】
先ず、対向させたフェースプレート８２とリアプレート２１の間に一定の間隔を設けた状態で、両基板を保持し真空加熱する。基板からガスが放出され、その後室温に戻った時にパネル内部が充分な真空度となるよう、３００℃以上の高温で基板真空ベークを行う。この時点で、Ｉｎ膜２０３は融けた状態であり、融けたＩｎが流れ出さないよう両基板とも充分な水準出しを行っている。基板真空ベークの際には、前述の下引き層２０４へのＩｎの含浸が一層進み、充分なシール性能を備えた接合界面を形成する。
【０１３３】
真空ベークの後、Ｉｎの融点近傍まで温度を下げた上で、位置決め装置２００により、フェースプレート８２とリアプレート２１との間隔を徐々に縮めていき、両基板の接合、すなわち封着を行う。融点近傍まで温度を下げるのは、融けた状態の液体Ｉｎの流動性を抑えて、接合時に不要な流れやはみ出しを防止するためである。
【０１３４】
ここで、問題なのは、フェースプレート側とリアプレート側それぞれに形成されたＩｎ膜２０３の接合界面の状態である。図１４で説明したＩｎ膜２０３の形成法では、表面酸化膜が形成されてしまい、酸化膜の融点は高温（８００℃以上）で、かつ結晶性の固体に留まるために封着時にそれぞれの表面形状を保持する恐れがある。すなわち、酸化膜界面としてＩｎ膜中に残るために、真空リークの原因となるリークパスとなる恐れが存在する。実際には、酸化膜の厚みが薄いために接合時に容易に酸化膜が応力により破れて、内部から液体Ｉｎが染み出し対流するために、残った酸化物が問題になることは少ない。しかし、Ｉｎ膜形成時に、局所的に厚い酸化膜ができたり、充分なＩｎ膜の厚みがない箇所ではリークパスになる恐れがある。
【０１３５】
本発明では、この真空リークの原因となりうる酸化膜の問題を解決するために、Ｉｎ膜保持部材２０５を封着時に接合面に挿入する。Ｉｎ膜保持部材２０５は、基板真空ベーク時に融けた液体Ｉｎがはじいて流れ出すことがないようＩｎと濡れ性の良い材料から成る。濡れ性が良いと液体ＩｎがＩｎ膜保持部材２０５に保持され、基板の水平度が充分でなくてもＩｎの流れ出しを防ぐ効果も持つ。
【０１３６】
本実施例でのＩｎ膜保持部材２０５は、球形形状でリアプレート側（支持枠８６上）のＩｎ膜に埋め込むことで初期位置が保たれた状態で封着装置に投入されている。
【０１３７】
さらに、Ｉｎ膜保持部材２０５の機能のもう一つは、Ｉｎが融けた状態で接合される際に対向するフェースプレート８２上のＩｎ膜２０３の酸化膜を破る効果である。前述したように酸化膜は、結晶性の固体であるもののバルクに比して充分すぎるほど薄いものである。よって、接合時にＩｎ膜保持部材２０５から加わる応力は、酸化膜を破るに充分な圧力となる。接合面全面で表面酸化膜が破れずとも、局所的に酸化膜が失われれば、そこを起点として液体Ｉｎが対流し酸化膜を接合面から余分な量の液体Ｉｎと一緒に周辺部に流し出し、接合面から酸化膜を排除する効果がある。
【０１３８】
Ｉｎ膜保持部材２０５の材料としては、酸化物を作りにくい固体金属が望ましい。Ｉｎ膜保持部材２０５表面に酸素が吸着されている場合、Ｉｎ膜２０３と新たに反応しＩｎ酸化膜を形成する恐れがあるためである。銀、金、白金などの貴金属材料や、銅やクロム、ニッケルなどに金コートを施したものが、まず挙げられる。さらに、積極的にＩｎ表面酸化膜を還元するものも、望ましい。チタン、ニッケル、鉄などの水素吸蔵金属、或は水素吸蔵合金に、予め室温にて水素雰囲気で水素を吸蔵させた材料であれば、封着の際に高温で水素を放出し、酸化膜中の酸素と反応し、酸化膜の還元反応を促進させる。これら、貴金属材料や水素吸蔵金属は、概ね、液体Ｉｎと濡れ性が良いことも望ましい特性である。
【０１３９】
本実施例では、球形形状のＩｎ膜保持部材２０５を用いているが、機能面から考えて異なる形状が望ましい場合もある。例えば、液体Ｉｎとの濡れ性が充分で比較的表面積が大きくても充分にＩｎが濡れてハジキを起こさない材料を用いた場合、比較的鋭利な断面形状を備え、鋭利な端面にて積極的に応力集中により酸化膜を破る方が、道理にかなっている。円錐や四角錐形状であれば、その先端部で酸化膜を破ることになる。
【０１４０】
また、比較的小型の表示パネルにおいて、スペーサー２０１を設けなくとも耐大気圧が保たれる場合には、Ｉｎ膜保持部材２０５の厚みを封着後のＩｎ膜２０３の厚みと同じくすることにより、このＩｎ膜保持部材２０５をＩｎ膜２０３の厚み規定部材としても機能させることができる。
【０１４１】
ただし、注意すべきは、Ｉｎ膜保持部材２０５が図１５の封着時の圧力を全て受けるために、前述の鋭利な断面形状を有するＩｎ膜保持部材２０５では、応力集中により支持枠８６やフェースプレート８２が割れる恐れが生ずる。この場合、Ｉｎ膜保持部材２０５の個数を増やすなどして、力を分散させることが必要になるのは、言うまでもない。
【０１４２】
尚、この一連の工程を全て真空チャンバー中で行うことで、同時に外囲器９０内部を最初から真空にすることが可能となり、かつ工程もシンプルにすることができた。
【０１４３】
このようにして図１２に示されるような表示パネルを製造し、走査回路・制御回路・変調回路・直流電圧源などからなる駆動回路を接続し、平面状の画像表示装置を製造した。
【０１４４】
以上のようにして製造した本実施例の画像表示装置において、Ｘ方向端子とＹ方向端子を通じて、各電子放出素子に時分割で所定電圧を印加し、高電圧端子Ｈｖを通じてメタルバック８５に高電圧を印加することによって、任意のマトリクス画像パターンを画素欠陥の無い良好な画像品質で表示することができた。
【０１４５】
［実施例２］
本実施例も図２に示したような多数の表面伝導型電子放出素子をマトリクス配線接続してなる電子源基板を製造し、この電子源基板を用いて図１２に示したような画像表示装置を製造した例である。尚、電子源基板２１及びフェースプレート８２の構成は実施例１と同様である。
【０１４６】
図１６は、本実施例に係る表示パネル（外囲器９０）の周辺部の概略断面構造を示す図である。
【０１４７】
本実施例では、Ｉｎ膜保持部材２０５が、プレス加工にて三次元形状を有している。支持枠８６をリアプレート（電子源基板）２１にフリットガラス２０２を用いて接着する前に、支持枠８６にＩｎ膜保持部材２０５自身のバネ圧により固定しておく。支持枠８６端面に飛び出たＩｎ膜保持部材２０５の部分は、フリットガラス２０２の接着厚みを規定する機能を持っている。さらに、封着時には、反対側の端面がＩｎ膜２０３を保持し、かつ、表面酸化膜を接合面から排除し、また、Ｉｎ膜２０３の厚みを規定する機能を併せ持つ。
【０１４８】
さらに、Ｉｎ膜保持部材２０５がバネ圧で支持枠８６に固定したことで、Ｉｎ膜保持部材２０５が自らの位置決めを行う機能を備えている。これにより、封着時に余分な液体Ｉｎが流れ出す際に、Ｉｎ膜保持部材９４が同時に動いてしまい機能が発揮しなくなる恐れがなくなる。
【０１４９】
本実施例では、支持枠８６とリアプレート２１の接合をフリットガラス２０２により行っているが、この接合もＩｎで行えば、低温での接合プロセスが実現できる。一方、両面Ｉｎ接合では、同時、或は、順次接合を行った場合でも、支持枠８６の接合位置ズレ起こりやすくなる。したがって、両面Ｉｎ接合する場合には、Ｉｎ膜保持部材９４の形状を、支持枠８６とリアプレート８１、或は、フェースプレート８２との相対位置決めを行うことができる形状とするのが好ましく、これにより、新たに位置決め治具を用いなくとも良い。
【０１５０】
以上説明した実施例１及び実施例２では、封着プロセスを真空環境下で行っているが、封着を大気雰囲気環境下で行い、後に別途設けた排気用基板穴からパネル内部を排気することで、真空間隙を有する外囲器９０を形成する場合でも、本発明は有効である。すなわち、大気雰囲気環境下の方が、Ｉｎ膜２０３の表面酸化膜はより厚くなるために、酸化膜を破るためのＩｎ膜保持部材２０５の効果がより顕著になることは明らかである。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像表示装置によれば、真空リークの発生を抑制し、電子放出素子の性能を高く維持することができ、長期にわたり良質な画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る表示パネル（外囲器）周辺部の概略断面構造を示す図である。
【図２】本発明の画像表示装置の構成部材である電子源基板の基本的構成を示す平面図である。
【図３】図２の電子源基板の製造工程を説明するための図である。
【図４】図２の電子源基板の製造工程を説明するための図である。
【図５】図２の電子源基板の製造工程を説明するための図である。
【図６】図２の電子源基板の製造工程を説明するための図である。
【図７】図２の電子源基板の製造工程を説明するための図である。
【図８】フォーミング電圧の例を示す図である。
【図９】本発明に係る電子放出素子の特性を測定するための装置を模式的に示す図である。
【図１０】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の素子電流及び放出電流と素子電圧との関係を示す図である。
【図１１】活性化電圧の例を示す図である。
【図１２】本発明に係る画像表示装置の一構成例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】本発明に係る画像表示装置における蛍光膜の例を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る表示パネル（外囲器）の封着方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施例１に係る表示パネル（外囲器）の封着方法を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例２に係る表示パネル（外囲器）周辺部の概略断面構造を示す図である。
【図１７】表面伝導型電子放出素子の一構成例を示す模式図である。
【図１８】従来の表示パネル（外囲器）周辺部の概略断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 素子電極
３ 素子電極
４ 導電性膜（素子膜）
５ 電子放出部
２１ 電子源基板（リアプレート）
２４ Ｙ方向配線
２５ 絶縁層
２６ Ｘ方向配線
２７ コンタクトホール
５０ 素子電流Ｉｆを測定するための電流計
５１ 素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源
５２ 放出電流Ｉｅを測定するための電流計
５３ アノード電極に電圧を印加するための高圧電源
５４ 放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極
５５ 真空装置
５６ 排気ポンプ
７１ 液滴付与手段
８２ フェースプレート
８３ ガラス基板
８４ 蛍光膜
８５ メタルバック
８６ 支持枠
９０ 外囲器（表示パネル）
９１ 黒色導電体
９２ 蛍光体
２００ 位置決め装置
２０１ スペーサー
２０２ フリットガラス
２０３ Ｉｎ膜（接合部材）
２０４ 下引き層
２０５ Ｉｎ膜保持部材（保持部材）
２０６ 超音波半田ゴテ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display apparatus using an electron source substrate on which electron-emitting devices are arranged, and more particularly to a configuration in a vacuum sealing portion thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, two types of electron-emitting devices are known: a thermionic source and a cold cathode electron source. Cold cathode electron sources include field emission devices (FE devices), metal / insulating layer / metal devices (MIM devices), surface conduction electron emitters, and the like.
[0003]
The outline of the surface conduction electron-emitting device will be briefly described below.
[0004]
As schematically shown in FIG. 17, the surface conduction electron-emitting device includes a pair of device electrodes 2 and 3 opposed to the substrate 1 and an electron-emitting portion 5 connected to the device electrode at a part thereof. The conductive film 4 is provided.
[0005]
The above-described surface conduction electron-emitting device has an advantage that a large number of devices can be formed over a large area because of its simple structure and easy manufacture. Therefore, various applications that can make use of the characteristics have been studied. For example, a flat image forming apparatus such as an electron source substrate in which a large number of surface conduction electron-emitting devices are connected in a matrix or the like, a display device using the electron source substrate, and the like.
[0006]
A schematic view of a display panel configured using an electron source substrate on which a large number of these electron-emitting devices are arranged is shown in FIG. FIG. 18 shows a schematic cross-sectional structure of the periphery of the display panel (envelope 90).
[0007]
In FIG. 18, reference numeral 21 denotes an electron source substrate on which a large number of electron-emitting devices (not shown) are arranged, and is also called a rear plate. A face plate 82 has a fluorescent film and a metal back formed on the inner surface of the glass substrate. Reference numeral 86 denotes a support frame.
[0008]
The envelope 90 is configured by adhering and sealing the rear plate 21, the support frame 86, and the face plate 82. Hereinafter, the sealing procedure of the envelope 90 will be briefly described.
[0009]
First, the rear plate 21 and the support frame 86 are bonded in advance by the frit glass 202.
[0010]
Next, an In film 203 is provided on the support frame 86 and the face plate 82 by soldering as a panel bonding material. At this time, in order to increase the bonding strength of the In film 203 to the support frame 86 and the face plate 82, it is desirable to provide a silver paste film 204 as a base layer.
[0011]
Thereafter, the support frame 86 and the face plate 82 are bonded together via the In film 203 at a temperature equal to or higher than the In melting point in a vacuum chamber, and the envelope 90 is configured.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional sealing method of the image forming apparatus has the following problems.
[0013]
As a bonding material, In is used as a material having a relatively low melting point of 156 ° C. and a low release gas at the softening point = melting point, but the In film 203 and the support frame 86 and the face plate 82 or the underlayer are used. This is a problem that a surface oxide film is formed on the In film 203 when ultrasonic soldering is performed on the silver paste film 204.
[0014]
That is, since the melting point of the oxide film is as high as 800 ° C. or higher, it remains as an oxide film even when pure In is melted during sealing. If this oxide film is thin, it will be broken or chemically reacted with pure In, so that the shape of the oxide film is lost and this does not cause a problem. However, when the oxide film is thick, the uneven surface shape remains as it is, which is likely to cause a vacuum leak.
[0015]
In not only easily oxidizes in the air atmosphere, but also oxygen diffuses rapidly above the melting point to form a thick oxide film. Therefore, the conventional sealing method has a problem that a vacuum leak is likely to occur at a portion where the oxide film formed at the time of ultrasonic soldering is thick.
[0016]
These problems can be a serious problem when a metal other than In or an alloy material is used as the bonding material.
[0017]
An object of the present invention is to provide an image display apparatus with high reliability and low display quality with little vacuum leak.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention is as follows.
[0019]
  According to a first aspect of the present invention, there is provided an envelope having a first substrate and a second substrate disposed to face the first substrate with a space therebetween, and an image display disposed in the envelope. An image display device comprising: a member formed of a high-melting-point material in the first substrate or the second substrate in the periphery of the first substrate or the second substrate. Sealed by a low melting point metal joining member havingThe member made of the high melting point material is obtained by coating the surface of the base material with a metal that is difficult to oxidize.An image display device characterized by the above.According to a second aspect of the present invention, there is provided an envelope having a first substrate and a second substrate disposed to face the first substrate with a space therebetween, and an image display disposed in the envelope. An image display device comprising: a member formed of a high-melting-point material in the first substrate or the second substrate in the periphery of the first substrate or the second substrate. The image display apparatus is characterized in that the member made of the high melting point material is a metal occluded with hydrogen.
[0020]
In the first aspect of the present invention, since the joining member has a holding member made of a material having a melting point higher than that of the joining member, the surface oxide film of the joining member is made of the material having a high melting point during sealing. It can be broken by the holding member, and the oxide film can be eliminated from the bonding surface. Therefore, the adhesion (bonding) between the bonding surface of the substrate and the bonding member is good, and the sealing performance of the envelope is excellent. . Furthermore, it is excellent in the holding | maintenance performance of the space | interval of both board | substrates by the holding member which consists of high melting point materials.
[0021]
  Also the firstAnd secondAccording to the present invention, "the member made of the high melting point material is a metal", "the member made of the high melting point material has the same thickness as the thickness of the joining member in the interval direction", "The member made of the high-melting-point material is a metal having occluded hydrogen, and “the image display means has an electron-emitting device and a phosphor” as more preferable forms.
[0029]
  Moreover, 3rd this invention is arrange | positioned in the said envelope which has a 1st board | substrate and the 2nd board | substrate arrange | positioned facing the said 1st board | substrate at intervals. A method of manufacturing an image display device comprising an image display means, wherein the first substrate and the second substrate are disposed in a peripheral portion of the first substrate or the second substrate, and a high melting point material is provided therein. Low melting point metal having a member made ofFusion bondingIt is the manufacturing method of the image display apparatus characterized by having the process sealed by.
[0030]
  Take this secondthreeIn the present invention, since the joining member has a member made of a material having a higher melting point than that of the joining member, the surface oxide film of the joining member is broken by the member made of the high melting point material during sealing. Since the oxide film can be eliminated from the bonding surface, good adhesion (bonding) between the bonding surface of the substrate and the bonding member can be obtained.
[0031]
  The secondthreeAccording to the present invention, “the member made of the high melting point material is a metal” and “the image display means includes an electron-emitting device and a phosphor” are included as more preferable embodiments.
[0035]
Note that the metals described above include alloys.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to them.
[0037]
An example of the electron-emitting device disposed on the electron source substrate of the present embodiment is the configuration illustrated in FIG.
[0038]
The substrate 1 is made of glass or the like, and its size and thickness are the number of electron-emitting devices installed thereon, the design shape of each device, and a part of the container when the electron source is used. Is appropriately set depending on mechanical conditions such as an atmospheric pressure resistant structure for keeping the container in a vacuum.
[0039]
In general, inexpensive blue glass is used as the glass material, but it is necessary to use, for example, a substrate on which a silicon oxide film having a thickness of about 0.5 μm is formed by sputtering as the sodium block layer. There is. In addition to this, it is possible to make glass with less sodium or a quartz substrate.
[0040]
As the material for the device electrodes 2 and 3, a general conductive material is used. For example, a metal such as Ni, Cr, Au, Mo, Pt, Ti or a metal such as Pd-Ag is preferable, or a metal oxide. The thickness is suitably selected from a printed conductor composed of a material and glass, a transparent conductor such as ITO, and the like, and the film thickness is preferably in the range of several hundred to several μm.
[0041]
Furthermore, it is also possible to apply and form a paste containing metal particles such as commercially available platinum Pt on this element electrode by a printing method such as offset printing.
[0042]
Further, for the purpose of obtaining a more precise pattern, a photosensitive paste containing platinum Pt or the like can be applied by a printing method such as screen printing, and exposed and developed using a photomask.
[0043]
The element electrode interval L, the element electrode length W, the shape of the element electrodes 2 and 3 and the like are appropriately designed according to the form etc. to which the actual element is applied, but the interval L is preferably several thousand to 1 mm. More preferably, it is in the range of 1 μm to 100 μm in consideration of the voltage applied between the device electrodes. The element electrode length W is preferably in the range of several μm to several hundred μm in consideration of the resistance value of the electrode and the electron emission characteristics.
[0044]
A conductive film (element film) 4 serving as an electron source is formed across the element electrodes 2 and 3.
[0045]
The conductive film 4 is particularly preferably a fine particle film composed of fine particles in order to obtain good electron emission characteristics. The film thickness is appropriately set in consideration of the step coverage to the device electrodes 2 and 3, the resistance value between the device electrodes, and the forming treatment conditions described later, but is preferably several to several thousand. Particularly preferably, the range is 10 to 500 mm. The sheet resistance is preferably 10^Three-10⁷Ω / □.
[0046]
The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and the fine structure thereof includes not only the state where the fine particles are individually dispersed and arranged, but also the state where the fine particles are adjacent to each other or overlap (including island shapes). ), And the particle size of the fine particles is from several to several thousand, preferably from 10 to 200.
[0047]
Palladium Pd is generally suitable for the conductive film material, but is not limited thereto. As the film forming method, a sputtering method, a method of baking after applying a solution, or the like is appropriately used.
[0048]
The electron emission part 5 can be formed by an energization process as described below, for example. For convenience of illustration, the electron emission portion 5 is shown in a rectangular shape in the center of the conductive film 4, but this is a schematic one and faithfully represents the actual position and shape of the electron emission portion. I don't mean.
[0049]
When power is supplied from a power source (not shown) between the device electrodes 2 and 3 under a predetermined degree of vacuum, a gap (crack) having a changed structure is formed in the portion of the conductive film 4. This gap region constitutes the electron emission portion 5. Electron emission occurs from the vicinity of the gap formed by this forming under a predetermined voltage, but in this state, the electron emission efficiency is still very low.
[0050]
An example of the voltage waveform of energization forming is shown in FIG. The voltage waveform is particularly preferably a pulse waveform. For this purpose, there are a method shown in FIG. 8A in which a pulse having a pulse peak value as a constant voltage is continuously applied, and a method shown in FIG. 8B in which a pulse is applied while increasing the pulse peak value. is there.
[0051]
First, the case where the pulse peak value is a constant voltage will be described with reference to FIG. In FIG. 8A, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. Usually, T1 is set in the range of 1 μsec to 10 msec, and T2 is set in the range of 10 μsec to 100 msec. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) is appropriately selected according to the form of the electron-emitting device. Under such conditions, for example, a voltage is applied for several seconds to several tens of minutes. The pulse waveform is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave can be adopted.
[0052]
Next, the case where a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value will be described with reference to FIG. T1 and T2 in FIG. 8B can be the same as those shown in FIG. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) can be increased, for example, by about 0.1 V step.
[0053]
The end of the energization forming process can be completed when the resistance value is obtained by measuring the current flowing through the element to which the pulse voltage is applied, and the energization forming can be terminated when a resistance of, for example, 1 MΩ or more is indicated.
[0054]
In the state after the forming process, the electron generation efficiency is very low. Therefore, in order to increase the electron emission efficiency, it is desirable to perform a process called activation on the element.
[0055]
This activation treatment can be performed by repeatedly applying a pulse voltage between the device electrodes 2 and 3 under an appropriate vacuum degree in which an organic compound is present. Then, a gas containing carbon atoms is introduced, and carbon or carbon compound derived therefrom is deposited as a carbon film in the vicinity of the gap (crack).
[0056]
An example of this process will be described. For example, tolunitrile is used as a carbon source and introduced into a vacuum space through a slow leak valve, and 1.3 × 10^-FourMaintain about Pa. The pressure of tolunitrile to be introduced is slightly affected by the shape of the vacuum apparatus and the members used in the vacuum apparatus, but 1 × 10^-FivePa ~ 1 × 10^-2A degree of Pa is preferred.
[0057]
FIG. 11 shows a preferred example of voltage application used in the activation process. The maximum voltage value to be applied is appropriately selected in the range of 10V to 20V.
[0058]
In FIG. 11A, T1 is a positive and negative pulse width of the voltage waveform, T2 is a pulse interval, and the voltage value is set to be equal in absolute value of positive and negative. In FIG. 11 (b), T1 and T1 ′ are the positive and negative pulse widths of the voltage waveform, T2 is the pulse interval, and T1> T1 ′, and the voltage value is set to have the same positive and negative absolute values. ing.
[0059]
At this time, energization is stopped when the emission current Ie reaches almost saturation after about 60 minutes, the slow leak valve is closed, and the activation process is terminated.
[0060]
Through the above steps, an electron-emitting device as shown in FIG. 17 can be manufactured.
[0061]
The basic characteristics of the electron-emitting device manufactured by the device configuration and manufacturing method as described above will be described with reference to FIGS.
[0062]
FIG. 9 is a schematic diagram of a measurement / evaluation apparatus for measuring the electron emission characteristics of the electron-emitting device having the above-described configuration. In FIG. 9, 51 is a power source for applying the element voltage Vf to the element, 50 is an ammeter for measuring the element current If flowing through the electrode part of the element, and 54 is an emission current emitted from the electron emission part of the element. An anode electrode for capturing Ie, 53 is a high voltage power source for applying a voltage to the anode electrode 54, and 52 is an ammeter for measuring the emission current Ie emitted from the electron emission portion of the device.
[0063]
In measuring the device current If flowing between the device electrodes 2 and 3 of the electron-emitting device and the emission current Ie to the anode, a power source 51 and an ammeter 50 are connected to the device electrodes 2 and 3, and the electron-emitting device An anode electrode 54 to which a power source 53 and an ammeter 52 are connected is disposed above.
[0064]
The electron-emitting device and the anode electrode 54 are installed in a vacuum device 55. The vacuum device includes equipment necessary for the vacuum device such as an exhaust pump 56 and a vacuum gauge. The device can be measured and evaluated. The voltage of the anode electrode 54 was 1 kV to 10 kV, and the distance H between the anode electrode and the electron-emitting device was measured in the range of 2 mm to 8 mm.
[0065]
FIG. 10 shows a typical example of the relationship between the emission current Ie and the device current If measured by the measurement evaluation apparatus shown in FIG. 9 and the device voltage Vf. Although the emission current Ie and the device current If are remarkably different in magnitude, in FIG. 10, the vertical axis is expressed in arbitrary units on a linear scale for qualitative comparison of changes in If and Ie.
[0066]
This electron-emitting device has three characteristics with respect to the emission current Ie.
[0067]
First, as is apparent from FIG. 10, when an element voltage higher than a certain voltage (referred to as threshold voltage, Vth in FIG. 10) is applied to this element, the emission current Ie increases rapidly. The emission current Ie is hardly detected below the threshold voltage Vth. That is, it can be seen that the characteristics as a non-linear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie are shown.
[0068]
Second, since the emission current Ie depends on the element voltage Vf, the emission current Ie can be controlled by the element voltage Vf.
[0069]
Thirdly, the emitted charge captured by the anode electrode 54 depends on the time during which the device voltage Vf is applied. That is, the amount of charge trapped by the anode electrode 54 can be controlled by the time during which the element voltage Vf is applied.
[0070]
As a basic configuration of the electron source substrate according to the present embodiment, for example, a configuration as shown in FIG. In this electron source substrate, a plurality of Y direction wirings (lower wirings) 24 and a plurality of X direction wirings (upper wirings) 26 are formed on the Y direction wirings 24 via an insulating layer 25 on the substrate 21. An electron-emitting device including an electrode pair (device electrodes 2 and 3) is disposed in the vicinity of the intersection of the bidirectional wiring.
[0071]
The image display apparatus according to the present embodiment is configured using an electron source substrate as illustrated in FIG. 2, and the basic configuration thereof will be described with reference to FIG.
[0072]
In FIG. 12, 21 is the electron source substrate, 82 is a face plate having a fluorescent film 84 and a metal back 85 formed on the inner surface of a glass substrate 83, and 86 is a support frame. The electron source substrate 21, the support frame 86, and the face plate 82 are bonded together by a bonding member such as an In film as described above and frit glass, and sealed by baking at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 minutes or more. The envelope 90 is configured.
[0073]
In addition, by installing a support body (not shown) called a spacer between the face plate 82 and the electron source substrate 21, an envelope 90 having sufficient strength against atmospheric pressure even in the case of a large area panel. Can also be configured.
[0074]
The image display apparatus according to the present embodiment has the greatest feature in the configuration of the vacuum sealing portion, and the electron source substrate 21 and the face plate 82 are bonded via a bonding member such as an In film, and the electron source When the envelope 90 is configured by providing a predetermined gap between the substrate 21 and the face plate 82, the above-described bonding member has a melting point higher than the softening temperature of the bonding member, and the bonding member On the other hand, a holding member for the joining member having good wettability is provided.
[0075]
As a material for the holding member of the joining member, a solid metal that is difficult to form an oxide is desirable. For example, a noble metal material such as silver, gold, or platinum, or a material in which a gold coat is applied to copper, chromium, nickel, or the like can be given first. . Further, it is desirable to reduce the surface oxide film of the joining member such as the In film as described above. Specifically, if a hydrogen occlusion metal such as titanium, nickel, iron, or a hydrogen occlusion alloy is pre-absorbed in a hydrogen atmosphere at room temperature, hydrogen is released at a high temperature during sealing. Then, it reacts with oxygen in the oxide film to promote the reduction reaction of the oxide film. These precious metal materials and hydrogen storage metals generally have desirable characteristics that they have good wettability with liquid In.
[0076]
Note that specific configuration examples and operations of the vacuum sealing portion in the image display apparatus according to the present embodiment will be described in detail in examples described later.
[0077]
FIG. 13 is an explanatory diagram of the fluorescent film 84 provided on the face plate 82. In the case of a monochrome film, the fluorescent film 84 is composed only of a fluorescent material. In the case of a color fluorescent film, the fluorescent film 84 is composed of a black conductor 91 and a fluorescent material 92 called a black stripe or a black matrix depending on the arrangement of the fluorescent materials. . The purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the mixed colors and the like inconspicuous by making the color-separated portions between the phosphors 92 of the three primary color phosphors necessary for color display, and in the phosphor film 84. It is to suppress a decrease in contrast due to external light reflection.
[0078]
A metal back 85 is usually provided on the inner surface side of the fluorescent film 84. The purpose of the metal back is to improve the luminance by specularly reflecting the light emitted from the phosphor toward the inner surface to the face plate 82 side, to act as an anode electrode for applying an electron beam acceleration voltage, etc. It is. The metal back can be manufactured by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the fluorescent film after manufacturing the fluorescent film, and then depositing Al by vacuum evaporation or the like.
[0079]
When performing the above-mentioned sealing, in the case of a color, each color phosphor must correspond to the electron-emitting device, so that it is necessary to perform sufficient alignment by a method of abutting the upper and lower substrates.
[0080]
The degree of vacuum at the time of sealing is 10^-FiveIn addition to requiring a degree of vacuum of about Pa, gettering may be performed to maintain the degree of vacuum after sealing of the envelope 90.
[0081]
There are two types of getters, the vapor deposition type and the non-evaporation type. The vapor deposition type getter is formed by depositing an alloy containing Ba or the like as a main component in the envelope 90 by energization or high frequency to form a vapor deposition film on the inner wall of the container (getter). And a high vacuum is maintained by adsorbing gas generated inside by an active getter metal surface.
[0082]
The non-evaporable getter, on the other hand, arranges getter materials such as Ti, Zr, V, Al, Fe, etc., and heats them in vacuum to perform the “getter activation” to obtain gas adsorption characteristics. Can be adsorbed.
[0083]
In general, flat image display devices are thin, so it is not possible to secure a sufficient deposition area for vapor deposition type getters that maintain a vacuum and a flash area for instantaneous discharge, and they are installed near the support frame outside the image display area. Yes. Therefore, the conductance between the central portion of the image display and the getter installation region is reduced, and the effective exhaust speed at the central portion of the electron-emitting device and the phosphor is reduced.
[0084]
In an image display device having an electron source and an image display member, a portion that generates an undesirable gas is an image display region that is mainly irradiated with an electron beam. For this reason, when it is desired to hold the phosphor and the electron source in a high vacuum, it is necessary to dispose a non-evaporable getter in the vicinity of the phosphor that is the source of the emitted gas and the electron source.
[0085]
According to the basic characteristics of the surface conduction electron-emitting device according to the present embodiment described above, the emitted electron from the electron-emitting portion has a peak value of the pulsed voltage applied between the opposing electrodes above the threshold voltage. The amount of current is also controlled by the intermediate value, thereby enabling halftone display.
[0086]
In addition, when a large number of electron-emitting devices are arranged, if a selection line is determined by the scanning line signal of each line and the pulse voltage is appropriately applied to each device through each information signal line, a voltage is appropriately applied to any device. Can be applied, and each element can be turned on.
[0087]
Examples of a method for modulating the electron-emitting device according to an input signal having a halftone include a voltage modulation method and a pulse width modulation method.
[0088]
In the image display device according to the present embodiment, the inside of a joining member made of an In film or the like that joins the electron source substrate 21 and the face plate 82 has a melting point higher than the softening temperature of the joining member, and the joining member On the other hand, by providing a holding member for the bonding member with good wettability, the occurrence of a vacuum leak at the bonded portion can be extremely effectively suppressed, and a high-quality image can be displayed over a long period of time.
[0089]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
[0090]
[Example 1]
In this embodiment, an electron source substrate in which a large number of surface conduction electron-emitting devices as shown in FIG. 2 are connected by matrix wiring is manufactured, and an image display as shown in FIG. 12 is made using this electron source substrate. It is the example which manufactured the apparatus.
[0091]
First, a method for manufacturing an electron source substrate according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0092]
(Element electrode formation)
As a sodium block layer on a 2.8 mm thick glass of PD-200 (produced by Asahi Glass Co., Ltd.), which is an electric glass for plasma display and has a low alkali component as a substrate.₂A film having a thickness of 100 nm applied and fired was used.
[0093]
On this glass substrate, titanium Ti (thickness 5 nm) is first formed as an undercoat layer by sputtering, and platinum Pt (thickness 40 nm) is formed thereon, followed by photoresist application, exposure, development, and etching. The device electrodes 2 and 3 were formed by patterning by the photolithography method (see FIG. 3). In this embodiment, the distance L between the device electrodes is set to 10 μm, and the opposing length W is set to 100 μm.
[0094]
(Formation of lower wiring)
Regarding the wiring material, it is desired to have a low resistance so that a substantially uniform voltage is supplied to a number of surface conduction elements, and the material, film thickness, wiring width, etc. are appropriately set.
[0095]
The Y-direction wiring (lower wiring) 24 as a common wiring was formed in a line pattern so as to be in contact with one element electrode 3 and to connect them. The material was Ag photo paste ink, screen printed, dried, exposed to a predetermined pattern and developed. Thereafter, the lower wiring 24 was formed by firing at a temperature of about 480 ° C. (see FIG. 4). The lower wiring 24 has a thickness of about 10 μm and a width of about 50 μm. Since the terminal portion is used as a wiring extraction electrode, the line width is increased.
[0096]
(Formation of insulating layer)
An insulating layer 25 is formed to insulate the upper and lower wirings. Electrical connection between the X-direction wiring (upper wiring) and the element electrode 2 so as to cover an intersection with the previously formed Y-direction wiring (lower wiring) 24 under the X-direction wiring (upper wiring) described later The contact hole 27 is formed in the connection portion corresponding to each element so as to be possible (see FIG. 5).
[0097]
Specifically, a photosensitive glass paste containing PbO as a main component was screen-printed and then exposed and developed. This was repeated four times and finally baked at a temperature around 480 ° C. The insulating layer 25 has a total thickness of about 30 μm and a width of 150 μm.
[0098]
(Formation of upper wiring)
On the insulating layer 25 previously formed, Ag paste ink is screen-printed and dried, and the same process is applied twice on the insulating layer 25, and then fired at a temperature of about 480 ° C. to be X direction. A wiring (upper wiring) 26 was formed (see FIG. 6). The X-direction wiring 26 intersects the Y-direction wiring 24 with the insulating layer 25 interposed therebetween, and is connected to the element electrode 2 at a contact hole 27 portion provided in the insulating layer 25.
[0099]
The X-direction wiring 26 functions as a scanning electrode during driving. Note that the thickness of the X-direction wiring 26 is about 15 μm. Although not shown, the lead wiring with the external drive circuit was also formed by the same method.
[0100]
In this way, a substrate having XY matrix wiring was formed.
[0101]
(Formation of conductive film)
Next, after sufficiently cleaning the substrate, the surface was treated with a solution containing a water repellent so that the surface became hydrophobic. This is so that the aqueous solution for forming a conductive film to be applied thereafter is disposed with an appropriate spread on the device electrode. As the water repellent used, a DDS (dimethyldiethoxysilane) solution was sprayed on a substrate by a spray method and dried with warm air at 120 ° C.
[0102]
Next, a conductive film 4 was formed between the device electrodes 2 and 3. This process will be described with reference to the schematic diagram of FIG. In order to compensate for the planar variation of the individual element electrodes on the substrate 21, pattern displacement is observed at several locations on the substrate, and the amount of point displacement between the observation points is approximated by a straight line. In addition, by applying a conductive film forming material, the positional deviation of all the pixels is eliminated, and it is applied accurately at the corresponding position.
[0103]
In this example, for the purpose of obtaining a palladium film as the conductive film 4, first, 0.15% by weight of a palladium-proline complex is dissolved in an aqueous solution of water 85: isopropyl alcohol (IPA) 15 to prepare an organic palladium-containing solution. Obtained. In addition, some additives were added. The droplets of this solution were applied between the element electrodes by adjusting the dot diameter to 60 μm using an ink jet ejecting apparatus using a piezo element as the droplet applying means 71 (FIG. 7A).
[0104]
Thereafter, the substrate was heated and fired at 350 ° C. for 10 minutes in air to form a conductive film 4 ′ made of palladium oxide (PdO) (FIG. 7B).
[0105]
(Forming process)
Next, in this process called forming, the conductive film 4 ′ is energized to cause cracks therein, thereby forming the electron emission portion 5 (FIG. 7C).
[0106]
A specific method is to leave a take-out electrode portion around the substrate 21 and cover the entire substrate with a hood-like lid to create a vacuum space between the substrate 21 and an electrode terminal from an external power source. By electrically applying a voltage between the two-way wirings 24 and 26 from the portion and energizing between the device electrodes 2 and 3, the conductive film 4 'is locally destroyed, deformed, or altered, resulting in an electrically high resistance. The state electron emission portion 5 is formed.
[0107]
At this time, when energized and heated in a vacuum atmosphere containing a slight amount of hydrogen gas, reduction is promoted by hydrogen, and the conductive film 4 ′ made of palladium oxide PdO is changed to the conductive film 4 made of palladium Pd.
[0108]
At the time of this change, a crack (gap) is generated in part due to the reduction contraction of the film, but the position and shape of the crack are greatly influenced by the uniformity of the original film. In order to suppress variations in characteristics of a large number of elements, it is more desirable that the crack occurs in the central portion of the conductive film 4 and be as straight as possible.
[0109]
Electron emission occurs from the vicinity of the crack formed by this forming under a predetermined voltage, but the generation efficiency is still very low under the current conditions.
[0110]
The resistance value Rs of the obtained conductive film 4 is 10²To 10⁷The value of Ω.
[0111]
The voltage waveform used for the forming process was a rectangular pulse waveform as shown in FIG. 8B, and T1 was 0.1 msec and T2 was 50 msec. The applied voltage was started from 0.1V and increased by about 0.1V step every 5 seconds. The energization forming process was completed by measuring the current flowing through the element when a pulse voltage was applied to obtain a resistance value, and ending energization forming when a resistance of 1000 times or more of the resistance before the forming process was exhibited.
[0112]
(Activation process)
Similar to the above forming, a hood-like lid is covered to create a vacuum space between the substrate 21 and the pulse voltage is repeatedly applied between the device electrodes 2 and 3 through the bidirectional wirings 24 and 26 from the outside. . Then, a gas containing carbon atoms is introduced, and carbon or a carbon compound derived therefrom is deposited as a carbon film in the vicinity of the crack.
[0113]
In this process, trinitrile is used as a carbon source and is introduced into the vacuum space through a slow leak valve.^-FourPa was maintained.
[0114]
FIG. 11 shows a preferred example of voltage application used in the activation process. The maximum voltage value to be applied is appropriately selected within a range of 10 to 20V.
[0115]
In FIG. 11A, T1 is a positive and negative pulse width of the voltage waveform, T2 is a pulse interval, and the voltage value is set to be equal in absolute value of positive and negative. In FIG. 11 (b), T1 and T1 ′ are the positive and negative pulse widths of the voltage waveform, T2 is the pulse interval, and T1> T1 ′, and the voltage value is set to have the same positive and negative absolute values. ing.
[0116]
At this time, the voltage applied to the device electrode 3 is positive, and the device current If flows in the direction from the device electrode 3 to the device electrode 2 is positive. In this example, energization was stopped when the emission current Ie almost reached saturation after about 60 minutes, the slow leak valve was closed, and the activation process was completed.
[0117]
Through the above steps, an electron source substrate in which a large number of electron-emitting devices are connected to the substrate by matrix wiring can be produced.
[0118]
(Characteristic evaluation of electron source substrate)
The electron emission characteristics of the electron source substrate manufactured by the element configuration and the manufacturing method as described above were measured using an apparatus as shown in FIG. As a result, when the emission current Ie at a voltage of 12 V applied between the device electrodes was measured, an average of 0.6 μA and an electron emission efficiency of 0.15% were obtained. Also, the uniformity between elements was good, and the variation of Ie between the elements was as good as 5%.
[0119]
Next, a display panel (envelope 90) as shown in FIG. 12 was manufactured using the electron source substrate manufactured as described above.
[0120]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic cross-sectional structure of a peripheral portion of a display panel (envelope 90) according to the present embodiment.
[0121]
In FIG. 1, 21 indicates the electron source substrate on which a large number of electron-emitting devices are arranged, and is called a rear plate. Reference numeral 82 denotes a face plate in which a fluorescent film 84 and a metal back 85 are formed on the inner surface of a glass substrate 83 (see FIG. 12). Reference numeral 86 denotes a support frame, 203 denotes an In film (joining member), and 205 denotes an In film holding member (joining member holding member).
[0122]
For the glass substrate 83 constituting the face plate 82, a material of PD-200 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having a low alkali component, which is an electric glass for plasma display, is used, like the rear plate 21. In the case of this glass material, the glass coloring phenomenon does not occur, and if the plate thickness is set to about 3 mm, the shielding effect of suppressing secondary soft X-ray leakage even when driven by an acceleration voltage of 10 kV or more is provided. It is enough.
[0123]
A support called a spacer 201 is installed between the face plate 82 and the rear plate 21. Thereby, even in the case of a large area panel, the envelope 90 having sufficient strength against atmospheric pressure can be configured.
[0124]
The spacer 201 and the support frame 86 are bonded to the rear plate 21 with frit glass 202 and fixed by baking at 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more. By setting the respective height shapes so that the height of the spacer 201 is slightly higher than the height of the support frame 86 bonded to the rear plate 21 by the frit glass 202, the In film 203 after bonding is formed. The thickness is determined. Therefore, the spacer 201 also functions as a thickness regulating member for the In film 203.
[0125]
The support frame 86 and the face plate 82 are bonded with an In film 203. The In film 203 uses metal In because it emits less gas even at high temperatures and has a low melting point. When a metal or an alloy is used as a joining member, it does not contain a solvent or a binder, so that the amount of gas released when it melts at the melting point is very small, which is desirable as a joining member.
[0126]
An undercoat layer 204 is provided at a portion of the support frame 86 and the face plate 82 to which the In film 203 adheres in order to improve adhesion at the interface. In this embodiment, metal In and silver with good wettability are used. The silver undercoat layer 204 can be easily patterned by screen printing or the like of silver paste. As the undercoat layer 204, a metal thin film that can be easily formed by vacuum vapor deposition, such as ITO or Pt, is also sufficient.
[0127]
An In film holding member 205 is provided inside the In film 203. In order to explain the function of the In film holding member 205, the sealing method of the image display apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0128]
Before the face plate 82 and the rear plate 21 are joined, that is, before sealing, the In film 203 is formed by patterning in advance. In FIG. 14, the method of forming on the face plate 82 will be described, but the same applies to the case where the In film 203 is formed on the support frame 86 bonded to the rear plate 21.
[0129]
First, the face plate 82 is held in a state of being warmed at a temperature sufficient to increase the wettability of melted In. A temperature of 100 ° C. or higher is sufficient. The silver paste used as the undercoat layer 204 is a porous film having high glass adhesion but containing many pores inside. Therefore, since it is necessary to sufficiently impregnate the melted In into the undercoat layer 204, the In melted at a temperature higher than the melting point is soldered to the undercoat layer 204 by the ultrasonic soldering iron 206, and the In film 203 Form. Liquid In that melts at a temperature of 200 ° C. or higher is sufficient. Here, when In is not sufficiently impregnated in the undercoat layer 204, it causes a vacuum leak. The metal In is always replenished to the joint portion by an In replenishing means (not shown) so that it is always supplied to the tip of the soldering iron.
[0130]
In addition, the In film 203 is sufficiently thicker than the total thickness of the In film formed on the face plate side and the rear plate side (on the support frame 86) compared to the thickness of the In film 203 after bonding. The moving speed of the ultrasonic soldering iron 206 and the supply amount of In are adjusted so as to increase. In this embodiment, the thickness of the In film 203 after sealing is 300 μm, and the same thickness is formed on the face plate side and the rear plate side with a thickness of 300 μm.
[0131]
After the In film 203 is formed on both the face plate 82 and the rear plate 81 by the forming method shown in FIG. 14, the panel is bonded by the sealing method shown in FIG.
[0132]
First, the substrates are held and heated in a vacuum state with a certain distance between the face plate 82 and the rear plate 21 facing each other. Substrate vacuum baking is performed at a high temperature of 300 ° C. or higher so that the inside of the panel has a sufficient degree of vacuum when the gas is released from the substrate and then returned to room temperature. At this point, the In film 203 is in a melted state, and both substrates are sufficiently leveled so that the melted In does not flow out. During the substrate vacuum baking, the above-described undercoat layer 204 is further impregnated with In to form a bonding interface having sufficient sealing performance.
[0133]
After the vacuum baking, the temperature is lowered to the vicinity of the melting point of In, and then the distance between the face plate 82 and the rear plate 21 is gradually reduced by the positioning device 200, and the two substrates are joined, that is, sealed. The reason why the temperature is lowered to the vicinity of the melting point is to suppress the flowability of the melted liquid In and prevent unnecessary flow or protrusion during bonding.
[0134]
Here, the problem is the state of the bonding interface of the In film 203 formed on each of the face plate side and the rear plate side. In the method of forming the In film 203 described with reference to FIG. 14, a surface oxide film is formed, and the melting point of the oxide film is high (800 ° C. or higher) and remains in a crystalline solid. There is a risk of holding the shape. That is, since it remains in the In film as the oxide film interface, there is a possibility that it becomes a leak path that causes a vacuum leak. Actually, since the oxide film is thin, the oxide film is easily broken by stress at the time of bonding, and the liquid In oozes out from the inside and causes convection. However, when the In film is formed, a thick oxide film may be locally formed, or a leak path may occur at a location where the In film is not sufficiently thick.
[0135]
In the present invention, in order to solve the problem of the oxide film that may cause this vacuum leak, the In film holding member 205 is inserted into the bonding surface at the time of sealing. The In film holding member 205 is made of a material having good wettability with In so that the liquid In melted during substrate vacuum baking does not repel and flow out. If the wettability is good, the liquid In is held by the In film holding member 205, and there is an effect of preventing the In from flowing out even if the level of the substrate is not sufficient.
[0136]
The In film holding member 205 in the present embodiment is inserted into the sealing device in a spherical shape and embedded in the In film on the rear plate side (on the support frame 86) so that the initial position is maintained.
[0137]
Furthermore, another function of the In film holding member 205 is an effect of breaking the oxide film of the In film 203 on the face plate 82 facing when the In is melted and bonded. As described above, although the oxide film is a crystalline solid, it is too thin as compared with the bulk. Therefore, the stress applied from the In film holding member 205 at the time of bonding is a pressure sufficient to break the oxide film. If the oxide film is locally lost even if the surface oxide film is not broken on the entire bonding surface, liquid In will convect from that point, and the oxide film will flow from the bonding surface to the periphery together with an excess amount of liquid In This has the effect of removing the oxide film from the bonding surface.
[0138]
The material of the In film holding member 205 is preferably a solid metal that is difficult to form an oxide. This is because when oxygen is adsorbed on the surface of the In film holding member 205, it may react with the In film 203 and form an In oxide film. First, there are noble metal materials such as silver, gold and platinum, and copper, chromium, nickel and the like coated with gold. Furthermore, it is desirable to actively reduce the In surface oxide film. If a hydrogen storage metal such as titanium, nickel, or iron, or a hydrogen storage alloy is a material that has previously stored hydrogen in a hydrogen atmosphere at room temperature, hydrogen is released at a high temperature during sealing, and the oxide film It reacts with oxygen and promotes the reduction reaction of the oxide film. These precious metal materials and hydrogen storage metals generally have desirable characteristics that they have good wettability with liquid In.
[0139]
In this embodiment, the spherical In film holding member 205 is used, but a different shape may be desirable in view of the function. For example, when a material that has sufficient wettability with liquid In and has a relatively large surface area and does not cause repelling due to In being sufficiently wet, it has a relatively sharp cross-sectional shape and is aggressive on a sharp end face. It makes more sense to break the oxide film due to stress concentration. In the case of a conical or quadrangular pyramid shape, the oxide film is broken at the tip.
[0140]
Further, in a relatively small display panel, when the atmospheric pressure resistance is maintained without providing the spacer 201, the thickness of the In film holding member 205 is made the same as the thickness of the In film 203 after sealing, The In film holding member 205 can also function as a thickness regulating member for the In film 203.
[0141]
However, it should be noted that since the In film holding member 205 receives all of the pressure at the time of sealing shown in FIG. 15, the In film holding member 205 having the sharp cross-sectional shape described above causes the support frame 86 and the face due to stress concentration. There is a risk of the plate 82 breaking. In this case, needless to say, it is necessary to disperse the force by increasing the number of In film holding members 205 or the like.
[0142]
In addition, by performing all of this series of steps in a vacuum chamber, it was possible to evacuate the inside of the envelope 90 from the beginning, and the steps could be simplified.
[0143]
In this way, a display panel as shown in FIG. 12 was manufactured, and a driving circuit composed of a scanning circuit, a control circuit, a modulation circuit, a DC voltage source, and the like was connected to manufacture a planar image display device.
[0144]
In the image display device of the present embodiment manufactured as described above, a predetermined voltage is applied to each electron-emitting device in a time-sharing manner through the X direction terminal and the Y direction terminal, and a high voltage is applied to the metal back 85 through the high voltage terminal Hv. By applying, an arbitrary matrix image pattern could be displayed with good image quality without pixel defects.
[0145]
[Example 2]
Also in this embodiment, an electron source substrate in which a number of surface conduction electron-emitting devices as shown in FIG. 2 are connected by matrix wiring is manufactured, and an image display device as shown in FIG. Is an example of manufacturing. The configurations of the electron source substrate 21 and the face plate 82 are the same as those in the first embodiment.
[0146]
FIG. 16 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of the peripheral portion of the display panel (envelope 90) according to the present embodiment.
[0147]
In this embodiment, the In film holding member 205 has a three-dimensional shape by press working. Before the support frame 86 is bonded to the rear plate (electron source substrate) 21 using the frit glass 202, the support frame 86 is fixed to the support frame 86 by the spring pressure of the In film holding member 205 itself. The portion of the In film holding member 205 that protrudes to the end face of the support frame 86 has a function of defining the adhesive thickness of the frit glass 202. Further, at the time of sealing, the opposite end face holds the In film 203, excludes the surface oxide film from the bonding surface, and also has a function of defining the thickness of the In film 203.
[0148]
Further, since the In film holding member 205 is fixed to the support frame 86 with spring pressure, the In film holding member 205 has a function of positioning itself. Thereby, when excess liquid In flows out at the time of sealing, there is no possibility that the In film holding member 94 moves simultaneously and the function is not exhibited.
[0149]
In this embodiment, the support frame 86 and the rear plate 21 are joined by the frit glass 202. However, if this joining is also performed by In, a joining process at a low temperature can be realized. On the other hand, in the double-sided In bonding, even when the bonding is performed simultaneously or sequentially, the bonding position of the support frame 86 is likely to be shifted. Therefore, when performing both-side In bonding, it is preferable that the In film holding member 94 has a shape that allows the support frame 86 and the rear plate 81 or the face plate 82 to be relatively positioned. Therefore, it is not necessary to newly use a positioning jig.
[0150]
In Example 1 and Example 2 described above, the sealing process is performed in a vacuum environment. However, sealing is performed in an air atmosphere environment, and the inside of the panel is exhausted from an exhaust board hole separately provided later. Thus, the present invention is effective even when the envelope 90 having the vacuum gap is formed. That is, it is apparent that the effect of the In film holding member 205 for breaking the oxide film becomes more remarkable in the atmospheric environment because the surface oxide film of the In film 203 becomes thicker.
[0151]
【The invention's effect】
As described above, according to the image display device of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of vacuum leak, maintain high performance of the electron-emitting device, and display a good image for a long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of a peripheral portion of a display panel (envelope) according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a basic configuration of an electron source substrate which is a constituent member of the image display device of the present invention.
3 is a view for explaining a manufacturing process of the electron source substrate of FIG. 2; FIG.
4 is a view for explaining a manufacturing process of the electron source substrate of FIG. 2; FIG.
5 is a view for explaining a manufacturing process of the electron source substrate of FIG. 2; FIG.
6 is a diagram for explaining a manufacturing process of the electron source substrate of FIG. 2; FIG.
7 is a diagram for explaining a manufacturing process of the electron source substrate of FIG. 2; FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a forming voltage.
FIG. 9 is a view schematically showing an apparatus for measuring the characteristics of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a device current and a relationship between a device current and a device current of a surface conduction electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an activation voltage.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a configuration example of an image display device according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram schematically showing an example of a fluorescent film in the image display apparatus according to the present invention.
FIG. 14 is a view for explaining a sealing method for a display panel (envelope) according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 15 is a view for explaining a sealing method for a display panel (envelope) according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 16 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of the periphery of a display panel (envelope) according to Example 2 of the invention.
FIG. 17 is a schematic view showing a configuration example of a surface conduction electron-emitting device.
FIG. 18 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of a peripheral portion of a conventional display panel (envelope).
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 element electrodes
3 Device electrodes
4 Conductive film (element film)
5 Electron emission part
21 Electron source substrate (rear plate)
24 Y-direction wiring
25 Insulating layer
26 X direction wiring
27 Contact hole
50 Ammeter for measuring element current If
51 Power supply for applying element voltage Vf to the element
52 Ammeter for measuring emission current Ie
53 High-voltage power supply for applying voltage to anode electrode
54 Anode electrode for capturing emission current Ie
55 Vacuum equipment
56 Exhaust pump
71 Droplet application means
82 Face plate
83 Glass substrate
84 Fluorescent membrane
85 metal back
86 Support frame
90 Envelope (Display panel)
91 Black conductor
92 Phosphor
200 Positioning device
201 Spacer
202 Frit glass
203 In film (joining member)
204 Underlayer
205 In film holding member (holding member)
206 Ultrasonic soldering iron

Claims (8)

第一の基板と、前記第一の基板と間隔を置いて対向配置された第二の基板とを有する外囲器と、前記外囲器内に配置された画像表示手段とを備える画像表示装置であって、前記第一の基板または前記第二の基板の周辺部において、前記第一の基板と前記第二の基板とが、その内部に高融点材料からなる部材を有する低融点金属の接合部材により封着されており、前記高融点材料からなる部材は、酸化しにくい金属を母材表面にコーティングしたものであることを特徴とする画像表示装置。An image display apparatus comprising: an envelope having a first substrate; a second substrate disposed opposite to the first substrate; and an image display means disposed in the envelope. In the peripheral part of the first substrate or the second substrate, the first substrate and the second substrate are bonded to a low melting point metal having a member made of a high melting point material therein. members are sealed by, the high consists melting material member, an image display device comprising der Rukoto that the oxide hard metal coated surface of the base material. 第一の基板と、前記第一の基板と間隔を置いて対向配置された第二の基板とを有する外囲器と、前記外囲器内に配置された画像表示手段とを備える画像表示装置であって、前記第一の基板または前記第二の基板の周辺部において、前記第一の基板と前記第二の基板とが、その内部に高融点材料からなる部材を有する低融点金属の接合部材により封着されており、前記高融点材料からなる部材は、水素を吸蔵させた金属であることを特徴とする画像表示装置。An image display apparatus comprising: an envelope having a first substrate; a second substrate disposed opposite to the first substrate; and an image display means disposed in the envelope. In the peripheral part of the first substrate or the second substrate, the first substrate and the second substrate are bonded to a low melting point metal having a member made of a high melting point material therein. An image display device, wherein the member is sealed with a member, and the member made of the high melting point material is a metal occluded with hydrogen. 前記高融点材料からなる部材は、金属であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。Member made of the high-melting-point material, the image display apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a metal. 前記高融点材料からなる部材が、前記間隔方向において、前記接合部材の厚みと同じ厚みを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。Members made of the high melting point material, in the distance direction, the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has the same thickness as the thickness of the joining member. 前記画像表示手段は、電子放出素子と蛍光体とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。The image display means, the image display apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it has an electron-emitting device and a phosphor. 第一の基板と、前記第一の基板と間隔を置いて対向配置された第二の基板とを有する外囲器と、前記外囲器内に配置された画像表示手段とを備える画像表示装置の製造方法であって、第一の基板または第二の基板の周辺部において、前記第一の基板と前記第二の基板とを、その内部に高融点材料からなる部材を有する低融点金属の溶融接合により封着する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。An image display apparatus comprising: an envelope having a first substrate; a second substrate disposed opposite to the first substrate; and an image display means disposed in the envelope. A method of manufacturing a low melting point metal having a member made of a high melting point material inside the first substrate and the second substrate in a peripheral portion of the first substrate or the second substrate. A method for manufacturing an image display device, comprising a step of sealing by fusion bonding . 前記高融点材料からなる部材は、金属であることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置の製造方法。The method for manufacturing an image display device according to claim 6 , wherein the member made of the high melting point material is a metal. 前記画像表示手段は、電子放出素子と蛍光体とを有することを特徴とする請求項６又は７に記載の画像表示装置の製造方法。8. The method of manufacturing an image display device according to claim 6 , wherein the image display means includes an electron-emitting device and a phosphor.

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