(57)【要約】【課題】支持体、真空容器、排気手段等を支えている構造体もしくは架台に働く力を減らし、装置の小型化、軽量化と共にコストダウンを実現する。【解決手段】基板支持体２０７が少なくとも電子源基板１０を真空容器２０２と挟む方向に自由に動くように構成する。また、真空容器２０２と排気手段（真空ポンプ）２０６が少なくとも電子源基板１０を基板支持体２０７と挟む方向に自由に動くように構成する。【選択図】  図１
2004165040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源素子を有する電子源基板を支持する支持体と、前記電子源基板の一部を覆う真空容器と、前記真空容器を排気する排気手段とを有する電子源の製造装置において、前記支持体が、少なくとも前記電子源基板を前記真空容器と挟む方向に自由に動くことを特徴とする電子源の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示パネル等に用いられる電子源の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子としては、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出型、金属／絶縁層／金属型や表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子は基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に並行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。その基本的な構成、製造方法等は、例えば、特開平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号公報等に開示されている。
【０００４】
表面伝導型電子放出素子は、基板上に対向する一対の素子電極と、この一対の素子電極に接続され、その一部に電子放出部を有する導電性膜とを有することを特徴とするものである。また、導電性膜の一部に亀裂が形成され、亀裂の端部には、炭素又は炭素化合物の少なくとも一方を主成分とする堆積膜が形成されている。
【０００５】
このような電子放出素子を基板上に複数個配置し、各電子放出素子を配線で結ぶことにより、複数個の表面伝導型電子放出素子を備える電子源を作製することができる。また、電子源と蛍光体とを組み合わせることにより、画像形成装置の表示パネルを形成することができる。
【０００６】
ところで、電子源のパネルを製造するには、例えば、基板上に導電性膜及び導電性膜に接続された一対の素子電極から成る素子を複数と、複数の素子を接続した配線とが形成された電子源基板を作製する。支持体上にこの電子源基板を戴置し、電子源基板全体を真空チャンバーで覆う。真空チャンバー内は、支持体と真空チャンバーとをパッキン等のシール部材を用いて密閉空間とする。
【０００７】
次いで、真空チャンバー内を排気した後、外部端子を通じて電子源基板上の各素子に電圧を印加し、各素子の導電性膜に亀裂を形成する。更に、真空チャンバー内に有機物質を含む気体を導入し、有機物質の存在する雰囲気下で各素子に再び外部端子を通して電圧を印加し、亀裂近傍に炭素或いは炭素化合物を堆積させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造方法では、支持体と真空チャンバーとで密閉空間を形成し、その後、閉空間の圧力を真空にすると、これらの支持体等の各部材には大気圧がかかり、この時、パッキン等のシール部材はゴム等の弾性部材であるため縮む。つまり、真空チャンバーには下方向に、支持体には上方向に力がかかる。真空チャンバーと支持体は架台を介して剛に結合されており、真空チャンバー及び支持体に働く力が架台にかかる。この架台に加わる力は電子源基板のサイズの大型化に伴って大きくなってしまい、その力に耐えるためには、装置が大型化し、重量が重くなってコストも高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、架台にかかる力を減らし、小型化、軽量化と共にコストダウンも可能な電子源の製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子源の製造装置は、電子源素子を有する電子源基板を支持する支持体と、前記電子源基板の一部を覆う真空容器と、前記真空容器を排気する排気手段とを有する電子源の製造装置において、前記支持体が、少なくとも前記電子源基板を前記真空容器と挟む方向に自由に動くことを特徴とする。
【００１１】
また、前記支持体の前記電子源基板を前記真空容器と挟む方向の移動を規制するストッパーを有することを本発明の好ましい形態として含む。
【００１２】
更に、電子源素子を有する電子源基板を支持する支持体と、前記電子源基板の一部を覆う真空容器と、前記真空容器を排気する排気手段とを有する電子源の製造装置において、前記真空容器と排気手段が、少なくとも前記電子源基板を前記支持体と挟む方向に自由に動くこと、
少なくとも前記真空容器が、前記電子源基板を前記支持体と挟む方向のガイドを有すること、
前記真空容器と前記排気手段との間に変形吸収手段を有すること等を本発明の好ましい形態として含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明による電子源の製造装置の第１の実施形態を示す断面図である。図１において、２０２は真空チャンバー（真空容器）、２０３はＯ−リング（パッキン）、２０４は活性化ガスであるベンゾニトリル、２０５は真空計である電離真空計である。また、２０６は真空排気系（真空ポンプ）、２０７は基板支持体、２０８は基板支持体２０７に設置された静電チャックである。基板支持体２０７は電子源基板１０を保持して固定するものであり、静電チャック２０８により機械的に電子源基板１０を固定する。
【００１５】
また、２１０は平板、２１２は電気ヒータ、２１３は冷却ユニットである。電気ヒータ２１２と冷却ユニット２１３は交互に配列されている。２１４は真空排気系、２１５は素子形成基板１０上の配線の一部に電気的に接触可能なプローブユニット、２１６はプローブユニット２１５に接続されたパルス発生器、Ｖ１はバルブである。なお、静電チャック２０８の電気回路は不図示である。
【００１６】
次に、図１の製造装置を用いて電子源を製造する方法の一例について説明する。図２は電子源基板の一例を示す。ガラス基板表面に図２に示すように複数の行方向配線（Ｘ方向配線）７、複数の列方向配線（Ｙ方向配線）８及びこれら配線によりマトリクス配線された素子電極２、３及びＰｄＯからなる導電性膜４が形成され、電子源基板１０が構成されている。また、５は電子放出部、９は絶縁層を示す。
【００１７】
まず、図２に示す素子形成基板１０を基板支持体２０７に載置し、静電チャック２０８で吸着した。次に、電子源基板１０と基板支持体２０７との間にＨｅガスを導入し、５００Ｐａに維持した。Ｈｅガスは電子源基板１０と静電チャック２０８の間の熱伝導を向上させる作用がある。尚、Ｈｅガスが最も好適であるが、Ｎ２、Ａｒ等のガスも使用でき、所望の熱伝導が得られればそのガス種は制限されない。
【００１８】
次いで、真空チャンバー２０２をＯ−リング２０３を介して電子源成基板１０上に上記配線端部が真空チャンバー２０２の外に出るようにして載せ、真空チャンバー２０２内に真空気密な空間を作り、同空間を真空排気系２０６により圧力が１×１０−５Ｐａ以下になるまで真空排気した。また、水温１５℃の冷却水を冷却ユニット２１３に流し、更に、温度制御機能を有する電源（不図示）より電気ヒータ２１２に電力を供給し、電子源基板１０を５０℃の一定温度に維持した。
【００１９】
次に、プローブユニット２１５を真空チャンバ２０２の外に露出された素子形成基板１０上の配線端部に電気的に接触させ、プローブユニット２１５に接続されたパルス発生器２１６より底辺１ｍｓｅｃ、周期１０ｍｓｅｃ、波高値１０Ｖの三角パルスを１２０ｓｅｃ間印加し、フォーミング処理工程を実施した。このフォーミング処理時に流れる電流によって発生する熱は、効率よく静電チャック２０８に吸収され、素子形成基板１０は一定温度５０℃に保たれ、良好なフォーミング処理を実施できた。
【００２０】
以上のフォーミング処理により、図４に示すように間隙Ｇが導電性膜４に形成された。ここで、図３は基板上の１つの電子放出素子を示す平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線における断面図を示す。図３、図４では図２と同一部分は同一符号を付している。
【００２１】
次に、電気ヒータ２１２に流れる電流を調整し、電子源基板１０を６０℃の一定温度に維持した。また、バルブＶ１を開け真空チャンバ−２０２内に電離真空計２０５で圧力を測定しながら圧力が２×１０−４Ｐａのベンゾニトリルを導入した。更に、パルス発生器２１６よりプローブユニット２１５を通して底辺１ｍｓｅｃ、周期１０ｍｓｅｃ、波高値１５Ｖの三角パルスを６０分間印加して活性化処理を行った。
【００２２】
フォーミング処理工程と同様に活性化処理時に流れる電流によって発生する熱は、効率よく静電チャック２０８に吸収され、電子源基板１０は一定温度６０℃に保たれ、良好に活性化を実施することができた。
【００２３】
以上の活性化処理により、図３、図４に示すように間隙Ｇを隔てて炭素膜２９が形成された。
【００２４】
次いで、以上の工程を終了した電子源基板１０とガラス枠及び蛍光体を配置したフェースプレートとの位置合わせを行い、低融点ガラスを用いて封着し、真空外囲器を作製した。更に、外囲器内に真空排気、ベーキング、封止工程等の工程を施し、図５に示す画像形成装置を作製した。
【００２５】
ここで、図５は画像形成装置を一部を切欠して示す斜視図である。図中６８は画像形成装置、６は電子放出素子、１０は電子源基板、６１は電子源基板１０を固定したリアプレート、６２は支持体、６６はガラス基板６３、メタルバック６４及び蛍光体６５からなるフェースプレート、６７は高圧端子である。
【００２６】
図５の画像形成装置においては、各電子放出素子６９に容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を図示しない信号発生手段によりそれぞれ印加することにより、電子を放出させて、高圧端子６７を通じメタルバック６５或いは図示しない透明電極に５ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光体膜６４に衝突させて励起、発光させることで画像を表示する。
【００２７】
なお、電子源基板１０自体がリヤプレートを兼ねて１枚基板で構成する場合もある。また、走査信号配線は、例えば、Ｄｘ１の容器外端子に近い電子放出素子と遠い電子放出素子との間で印加電圧降下の影響の無い素子数であれば、図５に示すように片側走査配線で構わないが、素子数が多く、電圧降下の影響がある場合には、配線幅を広くするか、配線厚を厚くするか、或いは両側から電圧を印加する手法等を採ることができる。
【００２８】
図６は図１の製造装置の要部の構成を示す断面図である。同図において、１０は電子源基板、２０７は基板支持体、２０２は真空チャンバー（真空容器）、２０３はＯ−リングとして用いるパッキン、Ｖ１はバルブ、２０６は排気手段である真空排気系（真空ポンプ）、１０１は架台、１０２はガイド、１０３は昇降機構、１０４は支持部材、１０５はフランジである。基板支持体２０７は平板２１０を含んでいる。
【００２９】
真空容器２０２と基板支持体２０７とで、それらの間にパッキン２０３を用いて、真空もしくは減圧雰囲気を形成する。また、電子源基板１０を真空容器２０２と基板支持体２０７との間に挟み、真空容器内２０２、即ち、基板表面を真空もしくは減圧雰囲気にする。この時、真空容器２０２と基板支持体２０７との間には大気圧がかかる。例えば、大判対応のディスプレイ製造装置（例えば面積５０ｃｍ×８０ｃｍとする）において負荷される力Ｆは、
Ｆ＝面積×大気圧
＝５０ｃｍ×８０ｃｍ×１ｋｇｆ／ｃｍ２＝４０００ｋｇｆ
であり、この力が図の下方向に働く。この値はディスプレイの大画面化に伴い大きくなる。
【００３０】
もし、真空容器２０２と電子源基板１０とが直接触れる構造であると、かた当たりを起こし、局所的に非常な大きな圧力で基板を押すことになる。これは、基板１０の割れの原因となる。そこで、できるだけ均一に基板１０を押すように真空容器２０２と基板１０との間にシート状パッキン等の弾性部材を用いて応力の分散を図っている。
【００３１】
即ち、真空容器２０２と基板支持体２０７でパッキン２０３を挟み、且つ、潰して密閉状態を形成する。真空容器２０２内を真空もしくは減圧雰囲気にすると、先に述べたような大きな力が真空容器２０２と基板支持体２０７との間に働くので、パッキンは更に潰されてしまう。真空容器２０２と基板支持体２０７が剛に結合されていると、つまり、相対的にパッキンが潰れる方向にフリーな構造でないと、真空容器２０２と基板支持体２０７を支えている架台１０１には先の大きな力が働くため変形を起こす。架台１０１の変形を防ぐためには、架台１０１の剛性を上げる必要があるが、大型化、高重量化を伴い、コストアップにもなる。そこで、本実施形態では真空容器２０２と基板支持体２０７を剛に結合していない。
【００３２】
ここで、図６は図１における基板支持体２０７、真空容器（真空チャンバー）２０２、真空排気系２０６等の構成要素を抜き出した断面図であり、基板支持体２０７を少なくともｚ方向（紙面の上方向）の上方にフリーな構造にした装置の図である。
【００３３】
支持体２０７は昇降機構１０３に結合された支持部材１０４上に載り、昇降機構１０３が下へ下がった時に電子源基板１０を支持体１１の上に載せ、昇降機構１０３が基板支持体２０７を上昇させると、電子源基板１０は真空容器２０２に設置されたパッキン２０３と密着し、真空容器２０２と電子源基板１０とで密閉容器が形成される。この密閉容器内を真空排気系２０６を用いて真空もしくは減圧雰囲気にすると、パッキン２０３は大気圧により基板支持体２０７と真空容器２０２がパッキン２０３を挟む方向に圧縮される。
【００３４】
この時、基板支持体２０７は支持部材１０４の上に載っているが、結合はされていないので、図７のＡ部に示すように隙間が空き、また、支持体２０７と架台１０１との間のガイド１０２も図の下方向に力を及ぼさない。よって、架台１０１に大気圧による大きな力が作用することなく変形も僅かである。
【００３５】
図８は図７のＡ部の拡大図を示す。１０６は基板支持体２０７に設けられたストッパーであり、支持部材１０４の先端部における係止部１０４ａがストッパー１０６に係止する構造となっている。このようにストッパー１０６を設けることにより、支持体２０７は上方に数ｍｍ動くことができ、且つ、支持体２０７は支持部材１０４からある長さ以上動かない。
【００３６】
これにより、支持体２０７の脱落を防ぐことができ、また、支持部材１０４を用いて支持体２０７を紙面の下方向に引っ張ることもできる。例えば、真空容器２０２内を真空にした時、パッキン２０３の潰れが１ｍｍであれば、支持体２０７は上方へ２ｍｍ以上の距離を動くとよく、少なくとも潰れ量以上動くようにストッパー１０６を設けることが必要である。
【００３７】
以上のように真空容器２０２と支持体２０７もしくは基板１０により形成される真空容器２０２内を真空もしくは減圧雰囲気にする場合、支持体２０７が少なくともｚ方向にフリーな状態なので、パッキン２０３がｚ方向に潰れ、真空容器２０２と支持体２０７を支えている架台１０１にほとんど力が働かない。よって、架台１０１は高い剛性を必要とせず、装置の小型化、低重量化、コストダウンを実現できる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図９は本発明の第２実施形態を示す断面図である。図９では図６と同様に要部の構成を示し、その他の構成は図１と同様である。また、図９では真空容器及び真空ポンプが一体となって、少なくともｚ方向（紙面の上方向）にフリーに動く装置の例を示す。なお、図９では図６と同一部分は同一符号を付している。
【００３９】
図中１０７はガイド板、１０８は位置決めピンである。昇降機構１０３、支持部材１０４、基板支持体２０７は結合されており、真空容器２０２、真空ポンプ２０６が上方に自由に動くようになっている。
【００４０】
真空容器２０２は初期状態ではある位置で台に載っている。これは、図９のガイド板１０７が架台１０１に載り、更にガイド板１０７の孔部１０７ａが位置決めピン１０８に係合して位置決めされている状態である。基板支持体２０７が昇降機構１０３により上昇すると、真空容器２０２及び真空ポンプ２０６は上方に押し上げられる。真空容器２０２と真空ポンプ２０６は架台１０１から離れた後、基板支持体１１とともに上昇する。これが図９の状態である。
【００４１】
この状態で、真空容器２０２内を真空もしくは減圧雰囲気にすると、パッキン２０３が潰れ、少なくともｚ方向にフリーな真空容器２０２及び真空ポンプ２０６が下方に下がる。真空容器２０２の押し上げ量が５ｍｍの時、パッキン２０３の潰れ量は５ｍｍより小さい必要がある。５ｍｍより大きいと、初期状態で載っていた架台１０１に当たり、架台１０１に力を及ぼすことになる。
【００４２】
また、基板支持体２０７の上に真空容器２０２と真空ポンプ２０６が載った後、真空容器２０２と真空ポンプ２０６が転倒等しないように図１０に示す如く真空容器２０２と真空ポンプ２０６にｚ方向（紙面の上方向）に自由に動くｚガイド１０９を設けてもよい。
【００４３】
以上のように真空容器２０２と基板支持体２０７もしくは電子源基板１０により形成される真空容器２０２内を真空もしくは減圧雰囲気にする時、真空容器２０２が少なくともｚ方向にフリーな状態なので、パッキン２０３がｚ方向に潰れ、真空容器２０２と基板支持体２０７を支えている架台１０１にはほとんど力が働かない。よって、架台１０１は高い剛性を必要とせず、装置の小型化、低重量化、コストダウンを実現できる。他の効果は第１の実施形態の場合と同様である。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態を示す断面図である。図１１では図６、図９と同様に要部の構成のみを示し、その他の構成は図１と同様である。また、本実施形態では真空容器が少なくともｚ方向（紙面の上方向）にフリーに動く装置の例を示す。図１１では図９と同一部分は同一符号を付している。
【００４５】
同図において、１１０は変形吸収手段であるジャバラである。真空ポンプ２０６と真空容器２０２の間にジャバラ１１０が設けられ、バルブＶ１や真空ポンプ２０６は架台１０１に固定されている。真空容器２０２のみが少なくともｚ方向にフリーに動く。この場合、真空容器２０２はガイド板１０７に固定されており、架台１０１に固定された位置決めピン１０８とガイド板１０７の孔部１０７ａにより位置決めされる。
【００４６】
真空容器２０２は初期状態ではガイド板１０７を介してある位置で架台１０１に載っている。不図示の基板支持体２０７が上昇すると、真空容器２０２は上方に押し上げられ、ジャバラ１１０は縮む。真空容器２０２は架台１０１から離れた後、基板支持体２０７とともに上昇する。基板支持体２０７が上昇し、真空容器２０２内が真空になる時の真空容器の挙動は第２の実施形態の真空容器の挙動と同様である。
【００４７】
本実施形態では、高真空を形成するための真空ポンプは振動を与えると破損する可能性があるので、真空ポンプ２０６を固定し、真空ポンプ２０６の信頼性を高めている。また、ジャバラ１１０を設け、基板支持体２０７を押し上げる可動部分を減らすことで、基板支持体２０７の昇降機構の出力を抑えることができ、昇降機構の小型化、コストダウンを達成できる。なお、基板支持体２０７の上に真空容器２０２が載った後、真空容器２０２が傾かないように、真空容器２０２にｚガイドを設けてもよい。
【００４８】
以上のように真空容器２０２のみをフリーにすることにより、可動重量を減らすことができ、更に装置構成の簡略化やコストダウンを図ることができる。また、振動をきらう真空ポンプの信頼性を向上することができる。他の効果は第２の実施形態と同様である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、支持体が少なくとも電子源基板を真空容器と挟む方向に自由に動く、或いは、真空容器と排気手段が少なくとも電子源基板を支持体と挟む方向に自由に動くように構成することにより、支持体と真空容器、排気手段を支えている構造材、もしくは架台に働く力を減らすことができ、装置の小型化、軽量化と共にコストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子源の製造装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】電子源基板の一例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る電子放出素子を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図５】電子源を用いた画像形成装置の一例を示す一部切欠斜視図である。
【図６】図１の要部構成を詳細に示す断面図である。
【図７】図９の支持体と支持部材との隙間を説明する図である。
【図８】図７のＡ部を拡大して示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に更にｚガイドを設けた例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２、３  素子電極
４  導電性薄膜
５  電子放出部
６  電子放出素子
７  Ｘ方向配線
８  Ｙ方向配線
９  絶縁層
１０  電子源基板
６２  支持枠
６３  ガラス基板
６４メタルバック
６５  蛍光体
６６  フェースプレート
６７  高圧端子
６８：画像形成装置
１０１  架台
１０２  ガイド
１０３  昇降機構
１０４：支持部材
１０６  ストッパー
１０７  ガイド板
１０８  位置決めピン
１０９  ガイド
１１０  ジャバラ
２０２  真空チャンバー（真空容器）
２０３  Ｏ−リング（パッキン）
２０５  電離真空計（真空計）
２０６  真空排気系（真空ポンプ）
２０７  基板支持体
２０８  静電チャック
２１０  平板
２１２  電気ヒータ
２１３  冷却ユニット
２１５  プローブユニット
２１６  パルス発生器
【図１】
2004165040.tif 000003
【図２】
2004165040.tif 000004
【図３】
2004165040.tif 000005
【図４】
2004165040.tif 000006
【図５】
2004165040.tif 000007
【図６】
2004165040.tif 000008
【図７】
2004165040.tif 000009
【図８】
2004165040.tif 000010
【図９】
2004165040.tif 000011
【図１０】
2004165040.tif 000012
【図１１】
2004165040.tif 000013