JP4393257B2 - 外囲器の製造方法および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス部材を用いて内部を真空に維持する外囲器の製造方法、および外囲器を用いた画像形成装置に関する。

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（ＳＣＥ素子）等がある。

これらの電子放出素子（ここでは表面伝導型の電子放出素子で例示する。）をマトリクス状に配置した電子源基板を用いた外囲器９１の模式図を図１３に示す。リアプレート９３は、表面伝導型の電子放出素子１３２が多数配置された電子源基板１３１を片面に持つガラス基板である。電子放出素子１３２には一対の素子電極が設けられ、各々Ｘ方向配線１３３とＹ方向配線１３４とに接続されている。フェースプレート９２はガラス基板１２１の内面に蛍光膜１２２とメタルバック１２３等が形成されたものである。フェースプレート９２とリアプレート９３の間には支持枠９４が設置されており、電子放出素子１３２と、蛍光膜１２２／メタルバック１２３との間に所定のスペースを確保する。また、蒸発型または非蒸発型ゲッタが、フェースプレート９２の画像表示エリア、または、リアプレート９３の電子源基板１３１、または双方のガラス基板上に形成されている（図示せず）。フェースプレート９２とリアプレート９３の間には、さらにスペーサーと呼ばれる支持体（図示せず）を設置することもある。スペーサーを設置することによって、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９１を構成することができる。

図１４（ａ）には外囲器を製造する手順の一例を示す（例えば、特許文献１参照。）。外囲器９１を形成するには、まずフェースプレート９２とリアプレート９３とを作成する（ステップ１０１）。このとき、フェースプレート９２には、支持枠９４をフリットガラスによって予め接着接合させておき、スペーサーが設けられる場合、リアプレート９３にスペーサーを接着固定しておく。次に、パネル接合材料としてＩｎ膜（図示せず）を半田付けにて、支持枠９４とリアプレート９３に塗布する（ステップ１０２）。支持枠９４とリアプレート９３へのＩｎ膜の接合強度を高めるために、下地層（図示せず）として銀ペースト膜を設けることもある。さらに、超音波半田ごてを用いて半田付けを行うことで、充分な接合強度が得られる。次に、フェースプレート９２とリアプレート９３とを封着装置に搬送し、真空ベーキングをおこなう（ステップ１０３）。さらに真空下でゲッタ活性化処理を行い（ステップ１０４）、その後、Ｉｎ融点以上の温度でＩｎ膜を介して支持枠９４とリアプレート９３とを接合・封着して、外囲器９１を形成する。（ステップ１０５）。

しかし、このように真空ベーキング工程と封着工程とを同じチャンバーで行うと、温度調整などに要する処理時間が長くなるなどの問題がある。そこで、これらの工程を別のチャンバーで行い、製造効率を改善することが行われている。図１４（ｂ）はそのような製造手順の一例を示したものである。ステップ１１１、１１２は前述のステップ１０１、１０２と同じである。真空ベーキング工程を行い（ステップ１１３）、その後、フェースプレート９２とリアプレート９３とをゲッタ処理の可能な封着装置に搬送し（ステップ１１４）、ゲッタ工程および封着工程を行う（ステップ１１５、１１６）。この際、真空ベーキング工程で脱水、脱ガスしたフェースプレート９２やリアプレート９３に不純物や水が搬送中に再付着するなどして真空度が低下することのないように、搬送は真空下またはＮ₂雰囲気等の不活性雰囲気下で行われる。
特開平１１−１３５０１８号公報

しかしながら、従来の方法では、以下の様な問題点があった。まず、Ｉｎ塗布工程は、真空中でおこなうとＩｎが飛散してしまい有効に塗布できないが、現状の技術ではベーキング以降の工程はすべて真空中で行われることから、ベーキング前にしかできず、プロセスの自由度がなかった。

また、リアプレートに設置されるスペーサーは、真空ベーキングによって高温となっており、急激な温度変化はリアプレートの反りやスペーサーの割れ等を引き起こすため、搬送時に上下ヒータ等で温度管理するなどスペーサーの割れ対策等が必要となり、温度管理の困難さだけでなく、装置コストの増加も招いていた。一方、不活性ガス雰囲気で移送する場合も、搬送周辺での酸欠防止対策や窒息防止対策が必要となり、工程管理を難しくし、かつ設備コストの増加を招く。

本発明の目的は、このような従来技術の課題に鑑みて、プロセスの自由度が高く、経済的で、工程管理の容易な外囲器の製造方法を提供することにある。また、その結果として、表示品位が良い画像表示素子および画像表示装置を経済的に提供することにある。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、本発明の外囲器の製造方法は、第１の部材と第２の部材とが封着されて形成され、内部に真空の空間を有する外囲器の製造方法である。本発明の外囲器の製造方法は、第１のチャンバーで、第１の部材と第２の部材を、同時にまたは独立して、真空中でベーキングするベーキング工程と、ベーキングされた第１の部材と第２の部材を、同時にまたは独立して、所定の露点温度を有する空気を該露点温度を上回る温度に維持した雰囲気で、第１のチャンバーから第２のチャンバーへ搬送する搬送工程と、搬送工程の途中で、第１の部材と第２の部材とを封着するための封着材を塗布する工程と、第２のチャンバー内で、第１の部材と第２の部材とを真空中で封着して外囲器を形成する封着工程とを有する。

このような外囲器の製造方法にあっては、第１の部材と第２の部材とを第１のチャンバーから第２のチャンバーに搬送する際に、露点温度よりも高温の空気の雰囲気中で行うことによって、搬送中の水分等の不要な物質の付着を防止し、外囲器の真空度の改善を図ることができる。特に、本発明は、従来真空中または不活性ガス雰囲気で行っていた搬送工程を、高温のドライエアー雰囲気中で可能とすることから、特段の設備や安全対策が不要となり、経済性や工程管理上有利である。また、第１の部材と第２の部材との封着のために所定の封着材の塗布が必要な場合において、当該封着材の塗布が真空中では行えないような場合にあっても、本発明によれば搬送中または搬送後に行うことが可能となり、プロセスの自由度が広がる。

ここで、所定の露点温度は０℃以下であることが望ましく、また、封着工程の最高温度および搬送工程の空気温度は、ベーキング工程の最高温度よりも低くすることが望ましい。

本発明の外囲器の製造方法は内部に真空空間を必要とする画像表示装置に適用することが可能であり、例えば、第１の部材は、マトリクス状に配線が設けられた、画像表示装置のリアプレートであり、第２の部材は、画像形成部材を有する、画像処理装置のフェースプレートである。

外囲器の内部の真空度を確保するため、搬送工程の途中または封着工程の前に、ゲッタを画像形成部材上に形成する工程をさらに有していてもよい。

本発明の画像表示装置は、上記製造方法により製造された外囲器を用い、例えば、フェースプレートは蛍光体と電子加速電極とを有し、リアプレートは電子源を有している。また、電子源は例えば、表面伝導型の電子放出素子である。

以上説明したように、本発明の外囲器の製造方法によれば、ゲッタ工程および封着工程を行うために第２のチャンバーに搬送する際に、露点温度よりも高温のドライエアーの雰囲気中で行うことによって、搬送中の水分等の不要な物質の付着を防止し、これによってゲッタ特性の損失がより抑えられ、真空改善と、素子の長寿命化とを図ることができる。また、本発明の外囲器の製造方法は搬送中に真空を必要としないため、搬送中または搬送後にＩｎの塗布も可能となり、プロセスの自由度が広がるとともに、装置も安価となる。さらに、搬送中に不活性雰囲気を必要としないため、より安全な取り扱いができる。これによって、電子放出性能の高い画像表示素子、およびそのような画像表示素子を用いた、表示品位のよい画像表示装置をより一層経済的に提供することも可能となる。

まず、本発明の外囲器の製造方法に係る外囲器の概略構成を説明する。図１は外囲器の概略図を示し、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

外囲器１は、第１の部材であるリアプレート３、第２の部材であるフェースプレート２、スペーサー５等よりなる。

リアプレート３は、表面伝導型の電子放出素子３２が多数配置されたガラス基板である電子源基板３１を有している。電子放出素子３２には一対の素子電極（後述）が設けられ、各々Ｘ方向配線３３とＹ方向配線３４とに接続されている。Ｘ方向配線３３とＹ方向配線３４は、多数の電子放出素子３２にほぼ均等な電圧が供給されるように、低抵抗であることが望まれ、材料、膜厚、配線巾等が適宜設定される。また、リアプレート３の周囲には支持枠３６が設けられている。

図１（ｂ）に示すように、フェースプレート２は、リアプレート３と対向して設けられ、ガラス基板２１の内側面に蛍光膜２２、メタルバック２３等が形成されている。蛍光膜２２とメタルバック２３は各々蛍光体と電子加速電極を有し、画像表示領域を形成する。メタルバック２３上には、蒸発型のゲッタ２５が形成されている。ゲッタ２５は、外囲器１の内部で発生したガス等を吸着して外囲器１の内部を真空に保ち、画像表示領域内全域にまんべんなく配置されることが望ましい。また、フェースプレート２には高圧端子２６が各々接続している。

支持枠３６は、フェースプレート２と封着されて、電子源基板３１と画像表示領域との間に適切なクリアランスを確保するとともに、リアプレート３とフェースプレート２との接合部材として、外囲器１の一部を形成する。リアプレート３と電子源基板３１の接合部はフリットガラスで、支持枠３６とフェースプレート２の接合部はＩｎで互いに接着されている。

フェースプレート２とリアプレート３との間には、スペーサー５が設置され、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１を構成することができる。

図２（ａ）は、電子源基板面における１つの電子放出素子の設置領域を拡大して示したものである。また、図２（ｂ）はその断面図を示している。電子放出素子３２は、表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成であるＭ．ハートウェルの素子構成によるものである。電子源基板３１の上に２つの素子電極３２２，３２３が設けられ、素子電極３２２、３２３を跨いで電子源となる導電性薄膜３２４が設けられている。導電性薄膜３２４の中央部には電子放出部３２５が設けられている。２つの素子電極３２２，３２３にはＸ方向配線３３、Ｙ方向配線３４（図１参照）が各々接続している。

電子源基板３１はガラス等からなり、大きさや厚みは、その上に設置される電子放出素子３２の個数や個々の電子放出素子３２の設計、形状に依存し、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も依存して適宜設定される。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、その場合にはこの上にナトリウムブロック層として、厚さ０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成して用いる必要がある。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。

素子電極３２２、３２３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る。膜厚は、好ましくは数１０ｎｍから数μｍの範囲がよい。

素子電極３２２，３２３の間隔Ｌ、素子電極長さＷ、素子電極３２２、３２３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は好ましくは数百ｎｍから１ｍｍであり、より好ましくは素子電極３２２，３２３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、好ましくは素子電極３２２，３２３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。

導電性薄膜３２４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。膜厚は、素子電極３２２、３２３へのステップカバレージ、素子電極３２２，３２３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、好ましくは数百ｐｍ（ピコメートル）から数百ｎｍであり、特に好ましくは１ｎｍから５０ｎｍの範囲とするのがよい。本出願人らの研究によると導電性膜材料には、一般にはパラジウムが適しているが、これに限ったものではない。

なお、図示の便宜から、電子放出部３２５は導電性薄膜３２４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はこれとは異なる場合もある。

図３には蛍光膜の概略平面図を示す。蛍光膜には種々のパターンが考えられ、図中（ａ）、（ｂ）に例示している。蛍光膜２２は、モノクロームの蛍光膜の場合は、蛍光体のみからなるが、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材２２２ａ（または２２２ｂ）と蛍光体２２１ａ（または２２１ｂ）とで構成される。ブラックストライプや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２２１ａ（または２２１ｂ）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２２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。

蛍光膜２２の内面側には通常メタルバック２３が設けられる。メタルバック２３はＡｌ等の導電性薄膜であり、その目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート２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電子加速電極（アノード電極）として作用すること等である。

次に、本発明の外囲器の製造方法を具体的な実施例に即して説明する。図４には製造工程の概略手順を示す。製造工程は、大別して、（１）リアプレート３の製造工程、（２）フェースプレート２の製造工程、（３）外囲器の組立工程の３段階に分かれるため、以下に各工程について順に説明する。また、各説明で構造の詳細についても触れる。

（１）リアプレート３の製造：図５Ａ〜５Ｅを用いてリアプレートの製造工程について説明する。

（ステップ１−１）ガラス基板への素子電極形成：まず、リアプレート３の電子源基板３１に電子放出素子３２を作成した。電子源基板３１は、本実施例では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）を用いた。図５Ａに示すように、電子源基板３１上に、まず下引き層としてスパッタ法によってチタニウムＴｉ５ｎｍ、その上に白金Ｐｔ４０ｎｍ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３２２，３２３を形成した。本実施例では間隔Ｌ=１０μｍ、素子電極長さＷ＝１００μｍとした。素子電極３２２，３２３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ことも可能である。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、現像する工程でも形成可能である。なお、支持枠３６やスペーサー５はあらかじめ電子源基板３１に接着しておいた。

（ステップ１−２）Ｙ方向配線（下配線）形成：図５Ｂに示すように、下配線であるＹ方向配線３４を形成した。共通配線としてのＹ方向配線３４は、素子電極３２２、３２３の一方に接して、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（ここでは、素子電極３２３に接するように形成した。）。材料には銀フォトペ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配線を形成した。Ｙ方向配線３４の厚さは約１０μｍ、幅幅は５０μｍとした。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。

（ステップ１−３）層間絶縁層形成：後述のＸ方向配線３３とＹ方向配線３４とを絶縁するために、図５Ｃに示すように、層間絶縁層３５を配置した。具体的には、Ｘ方向配線３３下に、先に形成したＹ方向配線３４との交差部を覆うように、かつＸ方向配線３３と素子電極３２２、３２３の他方（ここでは素子電極３２２）との電気的接続が可能なように、接続部にコンタクトホール３５１を開けて形成した。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。絶縁膜３５の厚みは全体で約３０μｍ、幅は１５０μｍとした。

（ステップ１−４）Ｘ方向配線（上配線）形成：図５Ｄに示すように、上配線であるＸ方向配線３３を形成した。先に形成した層間絶縁層３５の上に、Ａｇペーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様のことを行い（２度塗り）、４８０℃前後の温度で焼成した。Ｘ方向配線３３は、層間絶縁層３５を挟んでＹ方向配線３４と交差しており、層間絶縁層３５のコンタクトホール３５１を介して素子電極３２２、３２３の他方（ここでは素子電極３２２）とも接続されている。Ｘ方向配線３３は、パネル化した後は走査電極として作用する。Ｘ方向配線３３の厚さは約１５μｍとした。さらに、外部駆動回路との引出し配線、外部駆動回路への引出し端子もこれと同様の方法で形成した（図示せず）。このようにしてＸＹマトリクス配線（Ｘ方向配線３３、Ｙ方向配線３４）を有する基板が形成された。

（ステップ１−５）素子膜形成：図５Ｅに示すように、素子膜３２６を形成した。まず、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素子膜形成用の水溶液が、素子電極３２２，３２３上に適度な広がりをもって配置されるようにすることが目的である。撥水剤として、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。その後素子電極３２２，３２３間にインクジェット塗布方法により、素子膜３２６を形成した。

インクジェット塗布工程の模式図を図６（ａ）、（ｂ）に示す。（ａ）のように電子源基板３１に形成された電極素子３２２，３２３の間に、（ｂ）のように液滴付与手段１１をセットし、所定量の液滴を滴下した。実際の工程では、基板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、塗付することによって、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努めた。本実施例では、素子膜３２６としてパラジウム膜を得る目的で、まず水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作成し、さらに若干の添加剤を加えた。この溶液の液滴を、液滴付与手段１１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て、ドット径が６０μｍとなるように調整して電極間に付与した。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）とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍの膜が得られた。このようにして、素子電極３２２、３２３を跨ぐ形で、素子膜３２６を作成した。成膜形成方法は、他にもスパッタ法、溶液塗布後に焼成する方法などが適宜用いられる。また、インクジェット噴射装置としては、電気熱変換素子を用いたものを利用することも可能である。

（ステップ１−６）還元フォーミング：フードフォーミングにより、素子膜３２６を通電処理して内部に亀裂を生じさせ、電子放出部３２５を形成した。具体的には、基板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Ｘ方向配線３３、Ｙ方向配線３４間に電圧を印加し（図６（ｃ）参照）、素子電極３２２，３２３間に通電することによって、素子膜３２６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３２５を形成した（図６（ｄ）参照）。電子放出部３２５以外の素子膜３２６は導電性薄膜３２４である。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がパラジウムＰｄ膜に変化する。なお、この亀裂発生位置、およびその形状は元の膜の均一性に大きく影響されるが、多数の素子の特性ばらつきを抑えるには、亀裂は中央部に起こり、かつなるべく直線状になることがなによりも望ましい。

以上の工程によって形成した亀裂付近からは、所定の電圧下で電子放出が起こるが、このままではまだ発生効率が非常に低いため、後述する活性化処理が必要となる。また、得られた導電性薄膜３２４の抵抗値は１０²〜１０⁷Ωである。

ここで、フォーミング処理に用いた電圧波形について簡単に説明する。図７に電圧波形の時刻歴図を示す。印加した電圧はパルス波形を用いたが、パルス波高値が定電圧のパルスを印加する場合（図７（ａ）参照）と、パルス波高値を増加させながら印加する場合（図７（ｂ）参照）とがある。図７（ａ）、（ｂ）において、Ｔ１は電圧波形のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ1は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃが好ましい。図７（ａ）においては、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は適宜選択する。図７（ｂ）においては、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）を、例えば０．１Ｖ程度のステップで段階的に増加させる。

なお、フォーミング処理の終了は、フォーミング用パルスの間に、素子膜３２６を局所的に破壊、変形しない程度の電圧、例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧を挿入して素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば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、フォーミングを終了とした。

（ステップ１−７）活性化（カーボン堆積）：先に述べたように、この状態では電子発生効率は非常に低いため、電子放出効率を上げるために、素子に活性化と呼ばれる処理を行った。具体的には、有機化合物が存在する適当な真空度のもとで、フォーミングと同様にフード状の蓋をかぶせて基板との間で内部に真空空間を作り、外部からＸ方向配線３３、Ｙ方向配線３４を通じてパルス電圧を素子電極３２２，３２３に繰り返し印加することによって行った。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、亀裂近傍にカーボン膜として堆積させた。カーボン源としては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。導入するトリニトリルの圧力は、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。

図８（ａ）、（ｂ）には、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。図８（ａ）中、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８（ｂ）中、Ｔ1およびＴ1Ｍ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＞Ｔ1Ｍ、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。

このとき、素子電極３２３に与える電圧を正としており、素子電流Ｉｆは、素子電極３２３から素子電極３２２へ流れる方向が正である。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。以上の工程で、電子放出素子３２を有するリアプレート３を作成することができた。

（２）フェースプレートの作成
フェースプレート２のガラス基板２１の材料には、リアプレート３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）を用いた。本材料はガラスの着色現象が起きず、また、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を充分確保できる。次に、蛍光膜２２を沈澱法や印刷法でガラス基板２１上に作製し、蛍光膜２２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Ａ１を真空蒸着等で堆積することによってメタルバック２３を作製した。

（３）外囲器の作成
（ステップ３−１）真空ベーキング：フェースプレート２とリアプレート３を各々真空ベーキングした。真空ベーキングは、活性化工程（ステップ１−７）で発生したガス、水、酸素等を除去するためである。フェースプレート２とリアプレート３は同一の真空ベーキング装置でベーキングしてもよいが、別々に実施することもできる。真空ベーキングは第１のチャンバーである真空ベーキング装置内で、３７０〜４３０℃程度で実施した。

（ステップ３−２）封着装置への搬送：まず、１４０℃程度まで温度を下げた上で、真空ベーキング装置をリークした。次いで、露点０℃のドライエアーを１４０℃に加熱した雰囲気下で、ゲッタフラッシュ機構を備えた第２のチャンバーである封着装置へ搬送した。ガラス基板２１および電子源基板３１の温度は１４０℃の状態に維持されながら搬送される。

露点０℃のエアーを用いたのは、水分量が室温環境でも１ｐｐｍ程度と十分に低いからであるが、さらに露点０℃のドライエアーを１４０℃まで加熱することによって、真空搬送や不活性ガス雰囲気での搬送を行わなくても、不要な水分等、真空度に影響を与える可能性のある物質の付着を避けることができる。この結果、真空形成のための追加設備が不要であり、不活性ガスの使用による安全対策も不要となる。また、ドライエアーによってフェースプレート２やリアプレート３はほぼ均一な温度分布が実現されるので、スペーサー５が割れたり、スペーサー５が取り付くリアプレート２が反るなどの問題も大幅に解消される。なお、露点は低いほど好ましいので特に下限値はないが、例えば、用いられることの多い露点−８０℃のドライエアーでは、水分量が室温環境でも１ｐｐｂ程度と極めて低く、真空度への影響をより低減することができる。

なお、理論的には露点以上の温度のドライエアーを用いれば、結露等が生じることはないが、空気中の不純物の存在等によって露点温度が変動したり、局所的な温度変動が生じて結露等が発生する可能性もあり、加熱温度に余裕を見ておくことが望ましい。このため、露点０℃のドライエアーに対して１４０℃の加熱温度を設定したが、これは一つの例示であって、上記目的を達成できる限り、他の露点と加熱温度の組合せも可能である。ただし、搬送工程のドライエアーの温度がベーキング工程の最高温度を上回ることは現実的でないため、搬送工程のドライエアーの温度はベーキング工程の最高温度を上回るないように設定する。

搬送途中で、図９に示すように、ガラス基板２１と支持枠３６との接触面の双方にＩｎ膜６を半田付けした。Ｉｎ膜６の膜厚は、ガラス基板２１と支持枠３６の各々に形成したＩｎ膜６の膜の合計厚さが接合後のＩｎ膜６の厚さと比べて充分に大きくように調整した。本実施例では、封着後のＩｎ膜６の厚みが３００μｍとなるように、ガラス基板２１と支持枠３６のそれぞれに３００μｍの膜厚のＩｎ膜６を形成した。その後、封着装置にさらに搬送した。

このように、フェースプレート２とリアプレート３は、ドライエアー雰囲気で搬送されることから、従来技術のように真空搬送する場合と異なり、搬送途中にＩｎ膜６を塗布することが可能となり、プロセスの自由度が高まる。なお、Ｉｎ膜６の塗布は真空が解除されているタイミングであればよく、搬送前や、搬送後でも実施できる。ただし、後述のゲッタ工程を実施する場合は、真空中で行うゲッタ工程の前に行う必要がある。

（ステップ３−３）ゲッタ工程：外囲器１の封着時の真空度を１０^-6トール（約１．３×１０^-4Ｐａ）以下にするために、また、外囲器１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がある。これは、外囲器１の封止を行なう直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器１内の所定の位置に配置されたゲッタを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッタは通常Ｂａ等が主成分であり、蒸着膜の吸着作用により、たとえば１×１０^-5〜１×１０^-7トール（約１．３×１０^-3〜１．３×１０^-5Ｐａ）の真空度を維持するものである。

実施例では、封着装置が、１４０℃の状態で対向されたフェースプレート２とリアプレート３とを受け取り、封着装置を真空排気した。そして、対向させたフェースプレート２とリアプレート３の間に一定の間隔を設けた状態で、フェースプレート２上にＢａを主成分とする蒸発型ゲッタ材料（図示せず）を詰めたリボン状のゲッタに電流を通電し誘導加熱によりフラッシュさせ、蒸発型ゲッタ２５を３０ｎｍ厚で形成した。なお、ここで蒸発型ゲッタを用いたのは、非蒸発型ゲッタでは真空ベーキングの際に活性化され、その後搬送時にドライエア中のCo、Co₂等もガス吸着されてしまい、性能が劣化するからである。封着時の封着温度が２００℃以上であれば再活性化され、ゲッタとして機能するが、本実施形態では、以下に述べるように２００℃以下で封着するため、性能が悪いまま封着されてしまうことになる。一方、蒸発型ゲッタは２００℃以下で真空中で形成する必要があり、これらを考慮して蒸発型ゲッタを用いた。

（ステップ３−４）封着工程：フェースプレート２とリアプレート３の両基板を封着して接合させた。具体的には、図９に示すように、両基板を１６０℃まで真空加熱し、Ｉｎ膜６を溶融させ、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た。そして、Ｉｎの融点以上の１６０℃まで温度を上げた上で、位置決め装置２００により、フェースプレート２とリアプレート３との間隔を徐々に縮めていき、両基板の接合、すなわち封着を行った。

なお、特にカラーの画像表示装置の場合は、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、封着を行う際、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。また、封着時の温度はＩｎの融点以上であればよく、上記の１６０℃に限定されるわけではないが、封着は真空ベーキング時より真空度のよい状態で実施することが望ましいため、ベーキング工程の最高温度よりは低く設定する。

以上、外囲器の製造方法について詳細に説明したが、本発明の外囲器の製造方法は上記の実施形態または実施例に限定されるものではない。例えば、実施例においては支持枠３６とリアプレート３の接合はフリットガラスで行っているが、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。また、Ｉｎ塗布工程をベーキング工程前に行ってもよい。また、ベーキング工程後、各々ＢａとＴｉとを主成分とする異なる２種類のゲッタを形成するようにしてもよい。

ここで、上述のような素子構成と製造方法によって作成された電子放出素子３２の基本特性について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、前述した構成を有する電子放出素子３２の電子放出特性を測定するための測定評価装置１２の概略図である。測定評価装置１２は、電子放出素子３２の素子電極間３２２，３２３を流れる素子電流Ｉｆ、およびアノード１７への放出電流Ｉｅを測定することができる。素子電極３２２、３２３は電源１３および電流計１４と接続されている。電源１３は、電子放出素子３２に素子電圧Ｖｆを印加する。電流計１４は素子電極３２２、３２３間の電子放出部３２５を含む導電性薄膜３２４を流れる素子電流Ｉｆを測定する。電子放出素子３２の上方には、電源１５と電流計１６とに接続されたアノード電極１７が配置されている。アノード電極１７は、電子放出素子３２の電子放出部３２５より放出される放出電流Ｉｅを捕捉する。電源１５は、アノード電極１７に電圧を印加する。電流計１６は素子の電子放出部３２５より放出される放出電流Ｉｅを測定する。

また、電子放出素子３２およびアノード電極１７は真空装置内１８に設置され、真空装置１８には排気ポンプ１９、真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で電子放出素子３２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１７の電圧は１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈ（図１０参照）は２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。

測定評価装置１２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１１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１１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。

素子電極３２２，３２３間に１２Ｖの電圧を印加したときの放出電流Ｉｅを測定した結果、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％と良好な値が得られた。

本発明により製作された電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する三つの特徴を有する。まず、第一に、図１１からも明らかなように、本電子放出素子は、ある電圧（図１１中のしきい値電圧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す。

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。

第三に、アノード電極１７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１７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。

このように、本発明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素子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。

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ことが可能となり、各素子をＯＮすることができる。なお、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。

次に、本発明に係る表面伝導型電子放出素子を適用した具体的な駆動装置について説明する。図１２には、単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネルを利用した、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示用の画像表示装置の構成例を示す。画像表示装置は、画像表示パネル１０１、走査回路１０２、制御回路１０３、シフトレジスタ１０４、ラインメモリ１０５、同期信号分離回路１０６、情報信号発生器１０７、直流電圧源Ｖｘ、Ｖａ等から構成される。

電子放出素子を用いた画像表示パネル１０１のＸ方向配線には、走査線信号を印加するＸドライバー１０２が、Ｙ方向配線には情報信号が印加されるＹドライバーの情報信号発生器１０７が接続されている。

電圧変調方式を実施するには、情報信号発生器１０７として、一定の長さの電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて、適宜パルスの波高値を変調するような回路を用いる。また、パルス幅変調方式を実施するには、情報信号発生器１０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて、適宜電圧パルスの幅を変調するような回路を用いる
制御回路１０３は、同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscan，Ｔsft およびＴmry の各制御信号を発生する。

同期信号分離回路１０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離するための回路である。この輝度信号成分は、同期信号に同期してシフトレジスタ１０４に入力される。

シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアルに入力される前記輝度信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換して、制御回路１０３より送られるシフトクロックに基づいて動作する。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、ｎ個の並列信号としてシフトレジスタ１０４より出力される。

ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、記憶された内容は、情報信号発生器１０７に入力される。

情報信号発生器１０７は、各々の輝度信号に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動する為の信号源であり、その出力信号はＹ配線を通じて表示パネル１０１内に入り、Ｘ配線によって選択中の走査ラインとの交点にある各々の電子放出素子に印加される。

Ｘ方向配線を順次走査することによって、パネル全面の電子放出素子を駆動することが可能になる。

以上のように本発明による画像表示装置において、こうして各電子放出素子に、パネル内のＸＹ配線を通じ、電圧を印加することにより電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、アノード電極であるメタルバック２３に高圧を印加し、発生した電子ビームを加速し、蛍光膜２２に衝突させることによって、画像を表示することができる。

ここで述べた画像形成装置の構成は、本発明の画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、これに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＨＤＴＶなどでも同じである。

以上説明したように、本発明の方法によれば、プロセスの自由度が広く、装置も安価であり、安全に外囲器を提供することができる。また、表示品位の良い画像表示素子を形成することができ、その結果、高真空で電子放出素子性能の高い画像表示装置を提供することができる。

本発明に係る外囲器の概略斜視図および断面図である。 本発明に係る外囲器の電子放出素子の部分詳細図である。 本発明に係る外囲器の蛍光膜の概略平面図である。 本発明に係る外囲器の製造方法の概略手順図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、リアプレートの製造工程の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、リアプレートの製造工程の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、リアプレートの製造工程の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、リアプレートの製造工程の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、リアプレートの製造工程の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、インクジェット塗布工程の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、フォーミング処理に用いられる電圧波形の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、活性化工程で用いられる電圧波形の説明図である。 図４に示す外囲器の製造方法の、リアプレートとフェースプレートとの接合方法の説明図である。 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。 本発明に係る外囲器の電子放出素子の素子電流と素子電圧の関係図である。 本発明に係る表面伝導型電子放出素子を適用した画像表示装置の構成図である。 従来技術による外囲器の一例を示す模式図である。 従来技術による外囲器の製造手順の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 外囲器
２ フェースプレート
２１ ガラス基板
２２ 蛍光膜
２３ メタルバック
２５ ゲッタ
２６ 高圧端子
３ リアプレート
３１ 電子源基板
３２ 電子放出素子
３２２、３２３ 素子電極
３２４ 導電性薄膜
３２５ 電子放出部
３２６ 素子膜
３３ Ｘ方向配線
３４ Ｙ方向配線
３５ 層間絶縁層
３５１ コンタクトホール
３６ 支持枠
５ スペーサー
６ Ｉｎ膜

Claims (8)

1. 第１の部材と第２の部材とが封着されて形成され、内部に真空の空間を有する外囲器の製造方法であって、
   第１のチャンバーで、前記第１の部材と前記第２の部材を、同時にまたは独立して、真空中でベーキングするベーキング工程と、
   ベーキングされた前記第１の部材と前記第２の部材を、同時にまたは独立して、所定の露点温度を有する空気を該露点温度を上回る温度に維持した雰囲気で、前記第１のチャンバーから第２のチャンバーへ搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程の途中で、前記第１の部材と前記第２の部材とを封着するための封着材を塗布する工程と、
   前記第２のチャンバー内で、前記第１の部材と前記第２の部材とを真空中で封着して前記外囲器を形成する封着工程とを有する外囲器の製造方法。
2. 前記所定の露点温度は０℃以下である、請求項１に記載の外囲器の製造方法。
3. 前記封着工程の最高温度は、前記ベーキング工程の最高温度よりも低い、請求項１または２に記載の外囲器の製造方法。
4. 前記搬送工程の空気温度は、前記ベーキング工程の最高温度よりも低い、請求項３に記載の外囲器の製造方法。
5. 前記第１の部材は、マトリクス状に配線が設けられた、画像表示装置のリアプレートであり、
   前記第２の部材は、画像形成部材を有する、画像表示装置のフェースプレートである、請求項１から４のいずれか１項に記載の外囲器の製造方法。
6. 前記搬送工程の途中または前記封着工程の前に、ゲッタを前記画像形成部材上に形成する工程をさらに有する、請求項５に記載の外囲器の製造方法。
7. 請求項５または６に記載の製造方法により製造された外囲器を用いた画像表示装置であって、前記フェースプレートは蛍光体と電子加速電極を有し、前記リアプレートは電子源を有する、画像表示装置。
8. 前記電子源は表面伝導型の電子放出素子である、請求項７に記載の画像表示装置。

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