JPH09293470A - 蛍光表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単結晶基板と真空容器との熱膨張係数の相違を
吸収する。 【解決手段】単結晶基板からなるカソード基板５とアノ
ード基板１間に導電支柱を配置して両基板間の配線を行
う。また、カソード基板５とバックプレート４との間に
絶縁支柱６を配置する。カソード基板５は絶縁支柱６と
導電支柱８とにより挟持されて、バックプレート４とア
ノード基板１間に固着される。さらに、カソード基板５
の縁部とシール部３との間にはギャップが設けられてい
る。これにより、アノード基板１およびバックプレート
４に対してカソード基板５が伸縮しても吸収することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平面状カソードが形
成されている基板を真空容器内に収納するようにした蛍
光表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を１０
⁹ ［Ｖ／ｍ］程度にすると、トンネル効果により、電子
が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われる
ようになる。これを電界放出（Field Emission）と云
い、このような原理で電子を放出するカソードを電界放
出カソード（以下、ＦＥＣと記す。）と呼んでいる。

【０００３】近年、半導体集積化技術を駆使して、ミク
ロンサイズのＦＥＣを作ることが可能となり、その一例
としてスピント（Spindt）型と呼ばれるＦＥＣが知られ
ている。このＦＥＣは、半導体微細加工技術を用いて平
面状に製作され、円錐状のエミッタ、すなわちエミッタ
コーンとゲート電極との距離をサブミクロンとすること
が出来るため、エミッタコーンとゲート電極間に数１０
ボルトの電圧を印加することによりエミッタコーンから
電子を放出させることが出来るようになる。また、各エ
ミッタコーン間のピッチは５ミクロンないし１０ミクロ
ンとして製作することが出来るため、数万から数１０万
個のＦＥＣを１枚の基板上に設けることが出来る。この
ように、平面状のＦＥＣを製作することが可能となって
おり、このＦＥＣは蛍光表示装置、ＣＲＴ、電子顕微鏡
や電子ビーム装置の電界放出型電子源として適用するこ
とが提案されている。

【０００４】このようなＦＥＣはシリコン基板上にも設
けることができ、図４にシリコン基板上にＦＥＣを作成
するようにした特開平６−１１１７３５号公報に記載さ
れている従来の蛍光表示装置の構成例を示す。図４にお
いて、バックプレート１１６にはシリコン基板１０１が
載置されて固着されている。このシリコン基板１０１に
は、その表面に絶縁層１０６が形成されており、この絶
縁層１０６の上にはゲート電極１０５が形成されてい
る。そして、ゲート電極１０５および絶縁層１０６を貫
通するよう設けられた開口内に電子を電界放出する円錐
状のエミッタコーン１０７が形成されている。さらに、
シリコン基板１０１上には導体パターン１０８等が形成
されており、この導体パターン１０８上には導電性のバ
ンプ１０９、バンプ１１０が形成されている。

【０００５】また、バックプレート１１６に微小間隔離
隔されてアノード基板１１１が対向配置されており、ア
ノード基板１１１にはアノード電極１１３、アノード配
線１１８および配線導体１１２が形成されている。この
アノード電極１１３上には蛍光体１１４が被着されてお
り、この蛍光体１１４にエミッタコーン１０７から放出
された電子が照射されて発光されるようになされてい
る。そして、アノード配線１１８および配線導体１１８
にはバンプ１０９、バンプ１１０が電気的に接続され
て、シリコン基板１０１の形成された導体パターン１０
８と接続されている。さらに、バックプレート１１６と
アノード基板１１１とはシール１１７により封着されて
おり、バックプレート１１６、アノード基板１１１、お
よびシール１１７により形成された容器内は真空に引か
れている。

【０００６】このように構成された蛍光表示装置におい
て、シリコン基板１０１上に形成されているＦＥＣは、
アノード基板１１１から引き出された配線導体１１２を
介して駆動電圧や信号が印加されて動作状態とされる。
すなわち、バンプ１０９、バンプ１１０を介してＦＥＣ
は駆動されるようになる。なお、シリコン基板１０１上
のＦＥＣが動作されることにより電界放出された電子に
より発光された蛍光体１１４の表示パターンは、アノー
ド基板１１１を通して観察される。

【０００７】また、図５に特開平６−２９５６８９号公
報に記載されているシリコン基板上に形成されたＦＥＣ
を用いた従来の蛍光表示装置の他の構成例を示す。平面
状カソードの形成されたシリコン基板からなるカソード
基板２０１は、支持部材２０３により、リードフレーム
２０５に取り付けられている。リードフレーム２０５に
取り付けられたカソード基板２０１は、箱状の容器部２
２０内に収納される。一方、アノード基板２１１にはア
ノード導体２１４と、アノード導体２１４上に形成され
た蛍光体層２１５とが設けられている。このアノード基
板２１１は保持フレーム２１７に取り付けられる。そし
て、アノード基板２１１をカソード基板２０１に位置合
わせして、保持フレーム２１７の取り付けフランジ２１
９と、これに当接するリードフレーム２０５の部分とを
固定する。

【０００８】この状態において、加熱炉に入れると、ア
ノード基板２１１とカソード基板２０１の周縁に設けら
れたシール材２２１が溶融して、アノード基板２１１と
カソード基板２０１とが封着されるようになる。これに
より、アノード基板２１１とカソード基板２０１とを内
蔵する外囲器が完成し、次いで、外囲器の内部を真空に
引いて封止することにより蛍光表示装置を製造する。な
お、２１３はゲッターであり、封止後に高周波誘導加熱
することにより、フラッシュさせて容器部２２０にゲッ
ターミラーを形成させる。このゲッターミラーにより外
囲器内に残留しているガスが吸着されて、その内部を真
空に維持することができるようになる。

【０００９】また、リードフレーム２０５は外囲器から
外部へ引き出されて端子を形成しており、この端子に駆
動電圧や画像信号等を印加することにより、カソード基
板２０１に形成されているＦＥＣから電子を放出させ
て、所望の表示パターンをアノード基板２１１に表示す
ることができる。なお、カソード基板２０１とリードフ
レーム２０５の端子とはバンプ２１０により電気的に接
続されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
４に示す蛍光表示装置においては、平面状カソードが形
成されているシリコン基板上にバンプを形成し、このバ
ンプを用いてアノード基板と接続し、アノード基板上の
配線導体を引き出すようにしている。このため、アノー
ド基板とシリコン基板とのギャップを１００μｍ以下程
度にしか形成することができないという問題点があっ
た。また、メッキによりバンプを形成するようにする
と、完成したカソードの形成されたシリコン基板もしく
はアノード基板にケミカルな処理を行わなければなら
ず、歩留が悪化するという問題点が生じる。さらに、ワ
イヤーボンディングを用いてバンプを形成した場合は、
バンプを形成するのに時間がかかるため、生産数が制限
されるという問題点が生じる。

【００１１】さらにまた、前記図５に示す蛍光表示装置
においては、リードフレームにシリコン基板からなるカ
ソード基板を挟み込むようにしているので、基板が小さ
い場合は可能であるが、大型基板となった場合には、以
下のような問題点が生じる。 １．基板の大きさに合わせてリードフレームを大きくし
なければならないため、コスト的に高価となる。 ２．接続用のパット精度が要求されるためにリードフレ
ームの作成が困難になる。 ３．アノード基板とカソード基板とのギャップを周囲の
リードフレームで確保しているため、大型基板では、中
央部と周辺部分とではギャップが変わる恐れがある。

【００１２】さらにまた、シリコン基板は蛍光表示管の
容器材料として一般に知られているガラスとは熱膨張係
数が異なり、ガラス基板にシリコン基板を装着すると、
熱膨張係数の相違からシリコン基板あるいはガラス基板
が破損する恐れが生じるという問題点が生じてしまうこ
とになる。この問題点は、シリコン基板をリードフレー
ムで挟み込むようにした場合、多少は改善されるが同様
に発生するものである。

【００１３】さらにまた、前記図４に示す蛍光表示装置
においては、バンプが形成されるパットの下に能動回路
を形成すると、ワイヤーボンディングでバンプを形成す
る場合には能動回路を破損する恐れがあり、メッキでバ
ンプを形成する場合には、パット上にバリアーメタルが
必要となり、作成プロセスが一工程増加することにな
る。さらにまた、アノード基板やカソード基板上で多層
配線を行う場合、絶縁層等の形成が必要となり作成工程
の増加や、絶縁不良および耐圧の問題等が発生するとい
う問題点があった。

【００１４】そこで、本発明はバンプやリードフレーム
を不要とすることができると共に、熱膨張係数の相違に
よる問題点を解決することのできる蛍光表示装置を提供
することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の蛍光表示装置は、少なくとも平面状カソー
ドが形成された基板と、該基板を収納するバックプレー
トと、発光部の形成された透明のアノード基板とからな
る真空容器と、前記基板の一面と前記バックプレートと
の間に配置された第１の絶縁支柱と、前記基板の他面と
前記アノード基板の一面との間に配置された導電支柱お
よび第２の絶縁支柱とを備え、前記導電支柱が、前記基
板の他面に形成された第１の配線パターンと、前記アノ
ード基板の一面に形成された第２の配線パターンとを電
気的に接続していると共に、前記基板が、前記第１の絶
縁支柱と、前記導電支柱および第２の絶縁支柱とによ
り、前記バックプレートと前記アノード基板との間に挟
持されて固着されている。

【００１６】また、上記本発明の蛍光表示装置におい
て、前記バックプレートとアノード基板との間をシール
するシール部と前記基板の端縁との間に間隙が設けられ
て、前記アノード基板および前記バックプレートと、前
記基板との熱膨張係数の相違を吸収している。さらに、
上記本発明の蛍光表示装置において、前記絶縁支柱によ
り形成される前記バックプレートと前記基板とのスペー
スに、ゲッターを組み込むようにしている。

【００１７】このような本発明によれば、導電支柱によ
りアノード基板とカソード基板との導通を取るようにし
ているので、バンプやリードフレームの有する欠点をす
べて解消することができる。したがって、大型基板に十
分対応させることが可能となる。また、カソード基板へ
通電する配線もすべてアノード基板から引き出せるよう
になる。また、例えばシリコン基板とされているカソー
ド基板は、導電支柱および第２の絶縁支柱と第１の絶縁
支柱とで真空容器内に挟持されて固着されているため、
真空容器に対してカソード基板は伸縮可能となる。した
がって、温度膨張係数の相違を吸収して、容器の破損を
防止することができると共に、カソード基板の割れを防
止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の蛍光表示装置の実施の形
態の構成を図１に示す。図１において、１は透明ガラス
からなるアノード基板、２はアノード基板１の一面に形
成された外部引出電極、３は真空容器の側面を形成する
フリットガラス等により構成されたシール部、４はガラ
スからなるバックプレートであり、アノード基板１、シ
ール部３およびバックプレート４により真空容器が構成
されている。また、５は例えば単結晶シリコン基板から
なるカソード基板、６はカソード基板５とバックプレー
ト４との間に配置された絶縁支柱、７はＦＥＣアレー１
０を駆動するドライバ、８はカソード基板５とアノード
基板１との間に配置された導電支柱、９は蛍光体が被着
されているアノード配線であり、９（Ｇ），９（Ｒ），
９（Ｂ）はそれぞれ緑、赤、青を発光する蛍光体がそれ
ぞれ被着されたアノード配線である。

【００１９】さらに、１０はカソード基板５上に形成さ
れたＦＥＣアレーであり、その構造は前記図４に示すよ
うなスピント型の多数のＦＥＣからなっている。１１は
アノード９間を接続するためのカソード基板５上に形成
された多層用配線、１２はカソード基板５上に形成され
たカソード配線、１３はアノード基板１上に形成された
配線パターンである。なお、ＦＥＣアレー１０やカソー
ド配線１２はアクティブマトリクスとしてカソード基板
５上に形成されており、カソード基板５の能動面の所定
のパット部分に導電支柱８が多数本植設されると共に、
他面には絶縁支柱６が多数本植設される。また、図示さ
れていないが、カソード基板５とアノード基板１との間
には、導電支柱８のみではなくカソード基板５とアノー
ド基板１との間隔を一定に保持するための絶縁支柱も多
数配設されている。

【００２０】導電支柱８および絶縁支柱６が植設された
カソード基板５にはバックプレート４とシール部３によ
り構成されたガラス容器内に組み込まれる。さらに、カ
ソード基板５と位置合わせを行いながら、カソード基板
５にアノード基板１を対向配置させて、封着する。この
時、導電支柱８の他端はアノード基板１に形成された所
定のパットに接続される。これにより図１に示すような
蛍光表示管が作製される。

【００２１】次に、カソード基板５に絶縁支柱６および
導電支柱８を植設する方法について概略説明する。絶縁
支柱８は、絶縁性の支柱をカソード基板５の所定に位置
に植設できるように加工してある治具に支柱を充填さ
せ、カソード基板５側の支柱の面に接着剤を塗布する。
次いで、カソード基板５と位置合わせしてカソード基板
５上に張り付けることにより、カソード基板５上に絶縁
支柱６を植設する。また導電支柱８は、導電性の支柱を
カソード基板５の所定に位置に植設できるように加工し
てある治具に支柱を充填させ、カソード基板５側の支柱
の面に導電性のペーストを塗布する。次いで、治具のエ
アー吸引を行いながら治具を反転させ、カソード基板５
と位置合わせしてカソード基板５上に、支柱を転写させ
る。このようにして、カソード基板５上に導電支柱８を
植設する。

【００２２】なお、絶縁支柱６の材料としては、ガラス
やセラミックス等を用いることができ、支柱高さは略１
ｍｍ以下とされる。また、導電支柱８の材料としては、
ガラスやセラミックスの絶縁性材料に導電性材料（Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｕ等）をメッキもしくはコーティン
グしたものを用いることができ、その支柱高さは略２０
０μｍとされる。なお、導電支柱８は金属製としてもよ
い。さらにまた、絶縁支柱６に塗布する接着剤は、管内
でガス放出が少なく、焼成時に炭化しないガラスぺース
ト等が用いられる。また、導電支柱８に塗布する導電性
のペーストとしては、ガラスペーストに導電性のフィラ
ーを分散させたペーストが用いられる。フィラーの材料
としては導電性を持ってペースト中に分散できるもので
あればどのようなものでもよい。

【００２３】ところで、アノード基板１に形成された配
線パターンとしては、蛍光体が被着されたアノード配線
９（Ｇ），９（Ｒ），９（Ｂ）と、導電支柱８を介して
カソード側と接続されると共に、その端部が真空容器内
から外部に引き出されている外部引出電極２とがある。
この様子を図２に示す斜視図に示すが、カソード配線１
２−１，１２−２，１２−３の端部にそれぞれ導電支柱
８−１，８−２，８−３の一面が電気的に接続されて植
設されており、これらの導電支柱８−１，８−２，８−
３の他面はアノード基板１に形成されている外部引出電
極２−１，２−２，２−３に電気的に接続されている。
この場合の導電支柱８−１，８−２，８−３は真空容器
内にあり、外部引出電極２−１，２−２，２−３は真空
容器内から外部へ引き出されている。なお、カソード配
線にはゲート電極への配線も含まれている。また、外部
引出電極は図示する３本に限られているものではなく、
カソード基板５に形成されたゲート電極およびカソード
電極へ供給するに必要とされる本数と、アノード基板１
側へ供給するに必要とされる本数だけ設けられている。

【００２４】このように、カソード基板５側へ供給され
る駆動電圧信号や表示信号は、外部引出電極２−１，２
−２，２−３・・・に印加されてアノード基板１側か
ら、導電支柱８−１，８−２，８−３・・・を介してカ
ソード基板５へ供給されるようになる。したがって、蛍
光表示管の配線はすべてアノード基板１に形成された外
部引出電極２−１，２−２，２−３・・・により引き出
されるので、アノード基板１上にドライバーのベアチッ
プを直接接続するＣＯＧ（Chip On Glass ）法や、ＦＰ
Ｃ、ＴＡＢを異方性シートで接続する等の接続手段を採
用することが可能となる。

【００２５】さらに、絶縁支柱６によってカソード基板
５とバックプレート４間には、ゲッター７を配設するに
十分な空間を確保することができる。なお、絶縁支柱６
により形成される空間内に、ＦＥＣアレー１０を駆動す
るドライバ７等の回路を設けるようにしてもよい。ま
た、導電支柱８はカソード基板５およびアノード基板１
の任意の位置に配置することができるので、カソード基
板５の配線の設計の自由度が大きくなり、カソード基板
５を小さくすることが可能となる。

【００２６】次に、カソード基板５上に形成された多層
用配線１１について、図３も参照しながら説明する。ア
ノード基板１に形成されているアノード配線（Ｇ），９
（Ｒ），９（Ｂ）を、順次スイッチングする場合は、ア
ノード配線９の一部をクロスさせて多層配線を行う必要
がある。このクロスは、絶縁層とその上に導電層を形成
しなければならず加工プロセスが増加すると共に、その
絶縁性や耐圧性の問題が生じる。そこで、図３に示すよ
うに、例えば２本のアノード配線９（Ｇ）に導電支柱８
をそれぞれ接続して、２本の導電支柱８の他端をカソー
ド基板５上に形成された多層用配線１１の両端部に接続
する。これにより、アノード配線９（Ｇ）をクロスした
のと同様の状態で配線することができるようになる。こ
の方法によれば、絶縁性や耐圧性の問題は発生しない。

【００２７】次に、単結晶シリコン基板からなるカソー
ド基板５と、バックプレート４およびアノード基板１と
の熱膨張係数の相違を吸収する手段について説明する。
カソード基板５と真空容器を形成しているシール部３と
の間には、図１に示すようにギャップが形成されている
と共に、カソード基板５はバックプレート４とカソード
基板５との間に配設された絶縁支柱６と、アノード基板
１とカソード基板５との間に配設された導電支柱９およ
び絶縁支柱により、バックプレート４とアノード基板１
との間に挟持されているため、温度が変化して、真空容
器に対するカソード基板５の長さが変化しても、カソー
ド基板５の端縁がシール部３に当接してシール部３ある
いはカソード基板５を破損させる恐れはない。

【００２８】また、絶縁支柱６はバックプレート４に対
しては接着剤で固着されていないため、カソード基板５
の伸縮に合わせて移動可能である。しかし、カソード基
板５の伸縮量はわずかであり、絶縁支柱５の移動量もわ
ずかとなるため、他に悪影響を与えることはない。ま
た、導電支柱８の一端はカソード基板５のパット上に固
定されており、導電支柱８の他端はアノード基板１のパ
ット上に固定あるいは仮固定される。導電支柱８の他端
をアノード基板１のパット上に固定した時には、カソー
ド基板５の伸縮に合わせて導電支柱８が多少撓むように
なってこれを吸収する。このため、温度が変化しても接
続不良を生じることはない。

【００２９】なお、絶縁支柱６は導電支柱８と異なり表
示に影響を与えないため、支柱の径を太くすることがで
き、そのため高さの調整も任意に行うことができる。ま
た、カソード基板５とバックプレート４間には、絶縁支
柱６により形成された空間を設けることができるので、
真空容器内の容量を増加することができ、排気時の排気
コンダクタンスを改善することができる。以上の説明で
は、カソード基板５をシリコン単結晶基板として説明し
たが、本発明におけるカソード基板５はこれに限るもの
ではなく、カソード基板として用いることができるのも
のならばどのような材質のものでも用いることができ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、導電支柱
によりアノード基板とカソード基板との導通を取るよう
にしているので、バンプやリードフレームの有する欠点
をすべて解消することができる。したがって、大型基板
に十分対応することができる。また、カソード基板へ通
電する配線もすべてアノード基板から引き出せるように
なる。さらに、例えば単結晶シリコン基板とされている
カソード基板は、導電支柱と絶縁支柱とで真空容器内に
挟持されて固着されているため、真空容器に対してカソ
ード基板は伸縮可能となる。したがって、温度膨張係数
の相違を吸収して、容器の破損を防止することができる
と共に、カソード基板の割れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の蛍光表示装置の構成を示
す図である。

【図２】本発明の実施の形態の蛍光表示装置における外
部引出電極とカソード配線と導電支柱との関係を示す図
である。

【図３】本発明の実施の形態の蛍光表示装置におけるア
ノード配線と多層用配線と導電支柱との関係を示す図で
ある。

【図４】従来のスピント型の電界放出型カソードを備え
る蛍光表示装置の構成を示す図である。

【図５】従来の電界放出型カソードを備える蛍光表示装
置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ アノード基板 ２ 外部引出電極 ３ シール部 ４ バックプレート ５ カソード基板 ６ 絶縁支柱 ７ ゲッター ８ 導電支柱 ９ アノード配線 １０ ＦＥＣアレー １１ 多層用配線 １２ カソード配線 １３ 配線パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも平面状カソードが形成された
   基板と、 該基板を収納するバックプレートと、発光部の形成され
   た透明のアノード基板とからなる真空容器と、 前記基板の一面と前記バックプレートとの間に配置され
   た第１の絶縁支柱と、 前記基板の他面と前記アノード基板の一面との間に配置
   された導電支柱および第２の絶縁支柱とを備え、 前記導電支柱が、前記基板の他面に形成された第１の配
   線パターンと、前記アノード基板の一面に形成された第
   ２の配線パターンとを電気的に接続していると共に、前
   記基板が、前記第１の絶縁支柱と、前記導電支柱および
   第２の絶縁支柱とにより、前記バックプレートと前記ア
   ノード基板との間に挟持されて固着されていることを特
   徴とする蛍光表示装置。
2. 【請求項２】 前記バックプレートとアノード基板との
   間をシールするシール部と前記基板の端縁との間に間隙
   が設けられて、前記アノード基板および前記バックプレ
   ートと、前記基板との熱膨張係数の相違を吸収している
   ことを特徴とする蛍光表示装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁支柱により形成される前記バッ
   クプレートと前記基板とのスペースに、ゲッターを組み
   込むようにしたことを特徴とする蛍光表示装置。