JP3699565B2

JP3699565B2 - フラット・ディスプレイ・パネルにおけるスペーサの固着方法

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Publication number: JP3699565B2
Application number: JP18038397A
Authority: JP
Inventors: クリフォード・エル・アンダーソン; カーティス・ディー・モイヤー
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: DE69725653T2; JPH1083778A; KR100440364B1; DE69725653D1; EP0814491A2; KR980005167A; TW335499B; EP0814491B1; EP0814491A3; US5811927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラット・パネル・ディスプレイにおいてスペーサを設ける方法に関し、更に特定すれば、金属間結合を用いて、フラット・パネル・ディスプレイの表示板にスペーサを固着する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術において、電界放出ディスプレイ等のフラット・パネル・ディスプレイ用のスペーサが知られている。電界放出ディスプレイは、２枚の表示板の間に真空空間領域(evacuated interspace region) を有するエンベロープ構造(envelope structure)を含む。電子はこの空間領域を、スピント・チップ(Spindt tips) 等の電子―エミッタ構造が形成された陰極板（陰極またはバック・プレートともいわれる）から、発光物質すなわち「蛍光体」の堆積を含む陽極板（陽極またはフェース・プレートともいわれる）まで移動する。典型的に、陰極板と陽極板との間の真空空間領域内の圧力は、約１０^-6Torrである。
【０００３】
ディスプレイの軽量化を図るために、陰極板と陽極板を薄くしている。対角線が１"（約２５．４ｍｍ）のディスプレイ(diagonal display)のように表示面積が小さく、かつ約０．０４"（約１．０２ｍｍ）の厚さの典型的なガラス・シートを板として利用する場合、ディスプレイの著しいへこみや曲がりは生じない。しかし、表示面積が大きくなると、薄い板は圧力差に耐えて空間領域の減圧の際のへこみや曲がりを防ぐには不十分である。例えば、対角線が３０"（約７６．２ｃｍ）のスクリーンには数トンの気圧がかかる。この莫大な圧力のため、大きな面積を有する軽量ディスプレイにおいて、スペーサが重要な役割を果たす。スペーサは、陽極板と陰極板との間に組み込まれた構造となっている。スペーサが、薄い軽量の板と共に、気圧に耐えることにより、板の厚さをほとんどまたは全く増すことなく、表示面積を増大させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スペーサを設けるためのいくつかの方式が提案されている。これらの方式の内のいくつかには、一方の表示板の内表面への構造部材の固着が含まれる。かかる従来技術の方式においてガラス・ロッドまたはポストを一方の表示板に固着するには、かかるロッドまたはポストの一端に失透ソルダ・ガラス・フリットを塗布し、このフリットを一方の表示板の内表面に結合する。この方式は、結合のもろさ，微粒子汚染，画素へのスミアリング(smearing)，ロッドまたはポストの初期高のばらつきによる、フリットを塗布したスペーサ高の不均一性，および、フリットの冷却中の変位による非垂直性等の問題を含む。表示板にスペーサを結合するために提案されている他の方式には、有機接着剤(organic glues) の使用が含まれる。しかし、有機接着剤は、パッケージが密封される前に焼き払われ、差圧がかかることにより、ディスプレイのエンベロープ内でスペーサがゆるんだり、位置がずれることがある。
【０００５】
電界放出ディスプレイ用のスペーサは、複数のスペーサ間でほぼ等しい差圧荷重を受けなければならない。そうでなければ、不均等な荷重の分布によって、スペーサの破損または表示板の破損が生じ得る。このため、ディスプレイ内に異物が混入し、または完全にディスプレイを破壊することがある。スペーサの製造に固有の問題の１つに、構造部材の製造プロセスにおける誤差により、構造部材の高さにばらつきが出ることがあげられる。しかしながら、荷重を受けるスペーサの高さには均一性が要求される。複数のスペーサ間で均一な荷重の分布を実現するため、スペーサ高の裕度が小さいことが必要がある。スペーサを設ける従来技術の方式における別の問題は、微粒子汚染が潜在的に有害な影響を持つことである。スペーサの縁部がディスプレイ内で汚染物質微粒子に接触すれば、微粒子との接触点に荷重が集中する。これは、スペーサにおいて応力上昇点(stress riser)となり、破損を生じる可能性がある。従って、スペーサ間で荷重の分布をほぼ均一とすることができ、後の処理段階の温度に適合し、また、電界放出ディスプレイ内の清浄かつ高真空環境にも適合する、フラット・パネル・ディスプレイ内におけるスペーサの固着方法が要望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による１つの方法は、第１および第２表示板を有するフラット・パネル・ディスプレイ内における複数のスペーサの固着方法であって、０．１ないし３ミリメートルの範囲の均一な高さを有し、誘電材料から成り、第１および第２縁部を有する複数の部材を用意する段階と、これら複数の部材の各々の第１縁部を金属により被覆して第１金属ボンディング層を設ける段階と、第１表示板の内表面に金属ボンディング・パッドを形成する段階と、金属柔軟部材を用意する段階と、金属柔軟部材と前述の第１ボンディング層との間に第１金属結合を形成する段階と、金属柔軟部材と金属ボンディング・パッドとの間に第２金属結合を形成することによって、前述の第１縁部と第１表示板の内表面との間に柔軟領域を設ける段階と、から成ることを特徴とする。
また本発明による他の方法は、第１および第２表示板を有するフラット・パネル・ディスプレイ内における複数のスペーサの固着方法であって、０．１ないし３ミリメートルの範囲の均一な高さを有し、誘電材料から成り、第１および第２縁部を有する複数の部材を用意する段階と、これら複数の部材の各々の第１縁部に金属を被覆して第１金属ボンディング層を設ける段階と、第１表示板の内表面に金属ボンディング・パッドを形成する段階と、金属柔軟部材を用意する段階と、金属柔軟部材と第１ボンディング層との間に第１金属結合を形成する段階と、金属柔軟部材と金属ボンディング・パッドとの間に第２金属結合を形成することによって、前述の第１縁部と第１表示板の内表面との間に柔軟領域を設ける段階と、第２金属柔軟部材を用意する段階と、第２表示板の内表面に第２金属ボンディング・パッドを形成する段階と、第２金属柔軟部材と第２金属ボンディング・パッドとの間に金属結合を形成する段階と、第２金属柔軟部材を前述の複数の部材の第２縁部と当接係合するように配置することによって、第２縁部と第２表示板の内表面との間に柔軟領域を設ける段階と、から成ることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサ１０２の固着方法の好適実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造１００の等幅図が示されている。構造１００の製造において、最初に複数の部材１０４を用意する。部材１０４は、ほぼ均一な高さと、約１ないし１００ミリメートルの範囲の長さを有する。均一な高さは０．1 ないし３ミリメートルの範囲であり、フラット・パネル・ディスプレイの表示板間の所定の高さによって異なる。フラット・パネル・ディスプレイ内において、スペーサ１０２への均一な荷重を実現できるように、複数の部材１０４の高さの均一性が良好であることが望ましいが、典型的に、部材１０４の高さには、約１ないし５マイクロメートルの範囲でばらつきがある。しかし、部材１０４の公知の固着方法では、個々の部材１０４の間の高さの変動性を補うのに十分なコンプライアンス(compliance)は得られない。例えば、フリットにより取り付けたガラス・スペーサでは、電界放出ディスプレイ内におけるスペーサの標準的な荷重条件のもとで、約０．１マイクロメートルのコンプライアンスが得られるに過ぎない。本発明による方法の実施例は、スペーサの均一性が実現するよう、十分なコンプライアンスを与え、部材１０４における高さの裕度（即ち寸法誤差の許容度）を最大３５マイクロメートルにまで高める。部材１０４は、２５ないし２５０マイクロメートルの範囲の幅を有する。この幅は、画素間の間隔等、スペーサ１０２の配置に利用できるスペースの大きさによって異なる。部材１０４は誘電材料から成り、好適実施例においてはセラミックを含む。ガラス・セラミック，ガラスまたは石英等、他の適当な誘電材料を用いてもよい。この特定実施例においては、セラミック・シートをリブのような断片に切断することによって、部材１０４を形成する。好適実施例において、スペーサ１０２は平面構造である。しかし、本発明による方法の他の実施例において、スペーサ１０２は他の形状を有する。切断は、Norton and Manufacturing Technology,Inc.等の企業により供給されるダイヤモンド・ソー等、いくつかの入手可能な精密のこぎりの内１つを用いて、行うことができる。この方法の好適実施例において、部材１０４は高さが１ミリメートル、幅が０．１ミリメートル、および長さが５ミリメートルである。これらの寸法は、表示板間の所定の間隔、表示板の内表面にスペーサを配置するため利用できるスペースの大きさ、および、各スペーサ１０２の荷重耐久要求によってそれぞれ異なる。好適実施例において、部材１０４は、火入れされ、両側ラップ盤でラップされたテープ状のほうけい酸化アルミニウム材を含み、厚さは０．１ミリメートルである。かかるテープは、DuPontにより供給される。部材１０４を設けた後、それらの側面１０５が当接係合し、かつそれらの縁部１０６が露出するように、部材１０４を積み重ねる。次いで、部材１０４の縁部１０６を適当な金属で被覆して、ボンディング層１０８を設ける。この被覆工程を実施するには、部材１０４をバネ荷重マスク固定具(spring-loaded mask fixture)に部材１０４に挿入し、部材１０４を適切な位置に保持し、部材１０４の縁部１０６以外の部分の被覆を防ぐ。縁部１０６は、真空蒸着を含む多くの標準的な堆積技法の内いずれか１つにより被覆する。この特定実施例では、ボンディング層１０８は金から成り、厚さは０．３ないし２マイクロメートルである。本発明による方法の他の実施例においては、縁部１０６に、アルミニウム等他の金属を堆積する。ボンディング層１０８の厚さは、用いる金属の種類、および後にこれを結合させる金属の種類によって異なる。ボンディング層１０８を構成する金属は、熱圧着，超音波ボンディングおよび熱音波ボンディング(thermosonic bonding) 等、多数の標準的な方法の内１つにより、金属間結合を形成するのに適するものでなければならない。次いで、側面１０５に対応する位置でボンディング層１０８を割ることにより、構造１００を、個々の被覆済みスペーサ１０２に分離する。本方法の別の実施例においては、構造１００をスペーサ１０２に分離する工程の前に、部材１０４の対向縁部１０９を同様の方法でメタライズして、縁部１０９においても金属間結合を形成可能とする。
【０００８】
次に図２を参照すると、本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の実施例の種々な工程を実施することよって実現される構造１１０の等幅図が示されている。構造１１０は、スペーサ１０２，および２個の金属柔軟部材１１２を含む。金属柔軟部材１１２は、金属間結合を介して、スペーサ１０２のボンディング層１０８に固着される。本発明の他の実施例では、金属柔軟部材を１個のみ、または２個以上用いてもよい。金属柔軟部材１１２は、降伏力の小さい金属を含むので、以下で更に詳しく説明するように、フラット・パネル・ディスプレイの表示板間に均一な間隔を得るための適当なコンプライアンスを有する材料として機能する。また、金属柔軟部材１１２は、金属間結合を容易にする幾何学的形状を有する。金属柔軟部材１１２の幾何学的形状は、これらにより形成される金属結合に必要な力の量に影響する。また、金属柔軟部材１１２の幾何学的形状は、金属柔軟部材１１２の歩留まりにも影響を及ぼし、その値が好適であれば、金属柔軟部材１１２の所望のコンプライアンスが得られる。この特定実施例において、金属柔軟部材１１２は、ほぼ球形のボールを含む。ほぼ円形のワイヤまたは球形のボールという形状を用いると、結合力が小さくて済み、結合工程中のスペーサ１０２の破損を防げる可能性があり、また、降伏力(yield force) すなわち塑性変形を起こすのに十分な力が小さいので、金属柔軟部材１１２を十分に変形させて、部材１０４において典型的に見られる高さの裕度に調整させることができるため有利である。この特定実施例において、金属柔軟部材１１２は、１ないし２％のパラジウムを含む金合金から成る。本発明による方法の他の実施例においては、金属柔軟部材１１２は、ほぼ純金から成る。ボール結合の間にワイヤからボールが離脱すると、ブレイク・オフ・テイル(break-off tail)が形成される。金―パラジウム合金は、ブレイク・オフ・テイルの均一性が高く、またボールの真上で破断するという利点がある。この特定実施例において、Hybond，K&S ，およびHughesにより製造されるもの等、多数の標準的な金ボール結合機の内の１つを用いて、金属柔軟部材１１２をボンディング層１０８上に形成し、これに結合する。HydrostaticsまたはAmerican Fine Wireが供給するような０．７ミルの金ワイヤを介して、金を配する。標準的な金ワイヤ結合装置を用いることにより、ボンディング層１０８上に金ボールを配置し、種々の金属圧縮結合技法の内の１つにより固着する。金は降伏力が適度に小さいので、スペーサ１０２を破損させることなく、コンプライアンスが実現される。金属柔軟部材１１２が含む金ボールは、結合後の幾何学的形状において、電界放出ディスプレイの表示板の画素行間の利用可能なスペース内に収容されるように、約７５マイクロメートルの直径を有する。本方法の他の実施例において、結合のために利用できる空間の大きさに応じて、異なるサイズのボール結合を用いる。ボールを作るワイヤの直径を変えることにより、ボールのサイズを変えることができる。
【０００９】
本発明による方法の他の実施例において、金属柔軟部材１１２は、部材１０４上に形成された金属の堆積を含む。この堆積は、半球形、またはそうでなければ同様の形状の架台(pedestal)としてもよい。ボンディング層に選択的に金を電気めっきすることにより、架台を堆積させることができる。ボンディング層は、部材１０４の縁部に形成された接着層、およびかかる接着層上に形成されたシード層(seed layer)を含む。接着層はチタニウム等の適当な金属を含み、また、シード層は金等の適当なシーディング材(seeding material)から成る。金属柔軟部材１１２は、また、無電解めっき溶液によって選択的に金属をめっきすることにより、縁部１０６上に成長させた金属構造を含んでもよい。また、シャドー・マスク堆積(shadow mask deposition)またはパターン・エッチング・プロセスにより、金属柔軟部材１１２を設けることもできる。
【００１０】
次に図３および図４を参照すると、電界放出ディスプレイの標準的な陽極１２０の一部を表す等幅図および断面図がそれぞれ示されている。陽極１２０は、典型的にガラスから成る透明板１２２を含む。陽極１２０は更に、陰極ルミネセンス材または蛍光体等の発光材の堆積を含む複数の画素１２４を有する。画素１２４は、行および列を含む配列に配される。画素１２４の行と列との間に、複数の領域１２６が存在する。ディスプレイの発光機能を妨害せず、陽極１２０と陰極表示板との間に所定の間隔を保持するように、領域１２６を、スペーサと物理的に接触させるのに利用することができる。図４は、画素１２４の１つを通る陽極１２０の断面図を示す。典型的に、陽極１２０は、その内表面に形成された層１２７，１２８，１２９を含む。層１２７は酸化クロムを含み、層１２８はクロムを含み、層１２９は、厚さが約７００オングストロームで、また光反射器として機能するアルミニウムの薄い層を含む。アルミニウムのワイヤを含む金属柔軟部材は、超音波によって層１２８および１２９に結合することができる。しかし、金ボールを含む金属柔軟部材１１２は、熱圧着技法では層１２９に適切に結合されない。層１２９は、金属柔軟部材１１２と熱圧着金属結合を形成するのに十分な厚さを有していない。しかしながら、金属柔軟部材がアルミニウム・ワイヤを含む場合は、超音波により層１２９に結合することができる。この方法の欠点は、ディスプレイ・エンベロープにおいて、ワイヤ端が突き出たままになることがあり得ることである。また、層１２９はあらゆる電界放出ディスプレイに含まれるわけではない。層１２９は、放出された電子が蛍光体堆積物に達する前に層１２９を横切る時に生じる電位の損失に耐えることができる、高圧電界放出ディスプレイのみに含まれる。図２の構造１１０を電界放出ディスプレイの陽極に固着するため、標準的な陽極１２０には変更が必要であるが、これについては以下で図５および図６を参照して更に詳しく説明する。
【００１１】
図５を参照すると、本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサ１０２の固着方法の実施例の種々の工程を実施することによって実現される陽極１３０の変更例が等幅図で示されている。変更陽極１３０は、複数の金属ボンディング・パッド１３２を含み、かかる金属ボンディング・パッド１３２は、画素１２４間のスペーサ１０２を固着する位置に配置される。電界放出ディスプレイ全体に渡るスペーサ１０２の適当なレイアウトは、変更陽極１３０と陰極板との間に十分な構造的支持が得られるように、予め定められている。この特定実施例において、金属ボンディング・パッド１３２は、画素１２４の行間に配置されたアルミニウムのストリップを含む。また、変更型の陽極１３０は、金属ボンディング・パッド間の距離が１５ミリメートルになるように、厚さが１．１ミリメートルのガラス板から成る透明板１２２を含む。他の寸法を有する透明板を用いてもよいが、その場合は、スペーサの異なるレイアウトが必要となる。金属ボンディング・パッド１３２は、適当なマスクを設けてスパッタリングを行う等、多くの適当な堆積法の内１つを用いて、堆積させる。金属ボンディング・パッド１３２は、厚さが約２マイクロメートル、幅が約１００マイクロメートルである。
【００１２】
次に図６を参照すると、本発明による方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される陽極１４０の断面図が、図４と同様に示されている。この特定実施例においては、画素１２４間の領域１２６内のいずれの位置でも金属柔軟部材１１２を結合可能となるように、金属ボンディング・パッド１４２を領域１２６の全域に配置する。陽極１４０の製造において、最初に、透明プレート１２２上に酸化クロム層，クロム層を堆積し、次いで、厚さが約１０，０００オングストロームのアルミニウム層を堆積する。この後、画素１２４の蛍光体堆積物のための所望の位置に、エッチング技法を用いて、酸化クロム，クロムおよびアルミニウムの層を貫通する穴を形成することにより、層１２７，１２８，および金属ボンディング・パッド１４２を設ける。高圧電界放出ディスプレイにおいては、この後、厚さが約７００オングストロームの薄いアルミニウム層を含む層１２９を、内表面全体に堆積させる。構造１１０の金属柔軟部材１１２（図２）が、金属ボンディング・パッド１４２と適当な金属結合を形成することができるよう、金属ボンディング・パッド１４２は十分な厚さでなければならない。本発明による方法の別の実施例において、層１２８のクロムを堆積させるのに用いた選択堆積マスクを利用することにより、金属ボンディング・パッドを設けることができる。
【００１３】
次に図７を参照すると、本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の実施例の種々の工程を実施することによって、いくつかの構造１１０（図２）を、変更型の陽極１３０（図５）の一部に固着して実現される構造１５０の等幅図が示されている。構造１５０内において、金属柔軟部材１１２を金属ボンディング・パッド１３２の一部に固着することにより、スペーサ１０２を変更陽極１３０に固着して、フラット・パネル・ディスプレイの製造におけるこの後のパッケージング工程の間、変更陽極１３０の内表面に対して垂直方向にスペーサ１０２を保持する。金属柔軟部材１１２と金属ボンディング・パッド１３２との間の金属結合は、熱圧着，熱音波ボンディング(thermosonic bonding) ，超音波ボンディング等、多数の標準的な金属間結合技法の内１つを用いることによって形成することができる。この特定実施例においては熱圧着機を用いる。構造１１０を、加熱固定具によって配置するが、この際、真空を用いて、変更陽極１３０に対して構造１１０を垂直方向に保持し、また、金属柔軟部材１１２を金属ボンディング・パッド１３２と物理的に接触させて配置することにより、金属柔軟部材１１２と金属ボンディング・パッド１３２との間の所与の接触場所において、金属柔軟部材１１２，金属ボンディング・パッド１３２，およびボンディング層１０８を含む柔軟領域１５２が設けられる。金属柔軟部材１１２と金属ボンディング・パッド１３２との間の金属間結合は、高温において実施する。高温の最大値は、摂氏２０ないし５００度の範囲である。この特定実施例では、最高温度は約摂氏３５０度である。金属柔軟部材１１２と金属ボンディング・パッド１３２との間に、結合力を加える。これは、図７において下向き矢印で示すように、構造１１０の対向縁部１０９に荷重をかけることにより行う。適当な荷重は、１個のボール結合当たり、約８０ないし３５０グラムを与える質量を含む。この特定実施例においては、これにより、構造１１０当たり、約１６０ないし７００グラムの荷重となる。この特定実施例において、構造１１０は個別に取り付けられる。先に特定した温度および力の条件は、部材１０４にとって容易に耐えられるものである。結合力の値は、結合面積によって異なり、また、当業者によって容易に規定される。その計算は、金属柔軟部材の特定の形状および結合面積に基づく。結合力の作用と同時に、柔軟領域１５２を加熱することにより、柔軟領域１５２を変形させ、また、金属間結合を形成する。金属柔軟部材１１２と金属ボンディング・パッド１３２との間の物理的接触点における変形により、アルミニウム上の表面酸化物に破損が生じ、これにより、金とアルミニウム金属との間の結合が可能となる。本方法の他の実施例においては、用いる金属は表面酸化を生じないので、この特定実施例における程変形に対する要件は重要ではない。本方法の更に別の実施例においては、超音波または熱音波ボンディング(thermosonic bonding) を用いることができ、この場合、接触工程において、構造１１０または変更陽極１３０を、約６０キロヘルツで振動する超音波ホーンに固定する(clamp) 。上記の温度および結合力の値では、最大結合力をくわえる場合の結合時間は、約５ないし１０秒である。この結合時間が経過した後、それまでの真空状態を解除し、結合力すなわち荷重を除く。続いて、各々のスペーサ１０２を同様に取り付ける。対向縁部１０９と変更型の陽極１３０の内表面との間におけるスペーサ１０２の高さの均一性は、変更型の陽極１３０に構造１１０を結合させるプロセスの間に実現することができる。これを行うには、結合工程において、対向縁部１０９と変更陽極１３０との間の距離を測定し、この距離が所定の値となった時に荷重の作用を除く。次いで、柔軟領域１５２を周囲温度まで冷却することにより、この後のディスプレイ製造工程を通して、柔軟領域１５２が塑性変形した構成を維持するように、柔軟領域１５２を硬化させる。好適実施例では、この距離の均一性は、以降のディスプレイ組み立てのパッケージング工程において実現されるが、これについては以下で図８を参照して更に詳しく説明する。柔軟領域１５２のコンプライアンスによって、表示板間に均一な間隔を与える一方、部材１０４の高さにおける裕度の調整、および部材１０４の縁部と表示板との間に混入した微粒子に対する処置が可能となる。
【００１４】
次に図８を参照すると、本発明による方法の実施例の種々の工程を図７の構造１５０上に実施することによって実現される、電界放出ディスプレイ１６０の一部を表す断面図が示されている。この特定実施例では、対向縁部１０９と変更陽極１３０の内表面との間の距離において必要な均一性を結合工程では意図的に与えずに、構造１１０を変更型の陽極１３０に固着する。この均一性を得るのは、スペーサ固着工程後のパッケージング工程である。電界放出ディスプレイ１６０の製造において、最初に構造１５０を形成する。ここでは、柔軟領域１５２は既に変形されているが、完全には圧縮されておらず、部材１０４は変更陽極１３０上に直立したままである。この後、変更陽極１３０に対向するように陰極１６４を配置し、変更陽極１３０と陰極１６４との間に、かつそれらの周囲に、エンベロープ１６５が形成されるように複数の側壁１６２を設ける。スペーサ１０２はエンベロープ１６５に含まれる。陰極１６４は、図８において概略的に表した複数のフィールド・エミッタ１６６を有する。電界放出ディスプレイ１６０の動作中に、フィールド・エミッタ１６６から放出された電子を画素１２４が受けるように、フィールド・エミッタ１６６は、変更陽極１３０の画素１２４に対応している。理解を容易にするため、図８にはスペーサ１０２を２個のみ示す。スペーサの各対向縁部１０９と変更陽極１３０の内表面との間の距離ｈ₁ およびｈ₂ は異なっており、図７を参照して説明したように、所定の数のスペーサ１０２を変更陽極１３０に固着する場合、この距離にばらつきがあることを表している。この構成において、陰極１６４はスペーサ１０２の一部のみと当接係合している。従って、陰極１６４の重量はスペーサ１０２に均一に加わらず、また、エンベロープ１６５が減圧されれば、これにより生じる差圧は、スペーサ１０２に均一に加わらない。これによって、変更陽極１３０において、および／または陰極１６４およびスペーサ１０２においても、応力上昇点を生じることになる。応力上昇点によって、電界放出ディスプレイ１６０は破損し易くなる。スペーサ１０２に均一な荷重をかけるために、例えば、加熱チャック(heated chuck)上または炉内に電界放出ディスプレイ１６０を配置し、電界放出ディスプレイ１６０を摂氏２５０ないし５００度の温度に加熱する。次いで、陰極１６４の重量，エンベロープ１６５の減圧時に生じる差圧，および／または陰極１６４にかかる付加的な質量により、適当な変形荷重を与える。図８では、この変形荷重を矢印で示す。変形荷重によって、最初に陰極１６４に接触しているスペーサ１０２が、それぞれ対応する柔軟領域１５２に向かって押し込まれる。柔軟領域１５２は、高温条件によって既に軟化している。したがって、これらの柔軟領域１５２は、最初は陰極１６４との物理的な接触を妨げられていたスペーサ１０２が、縁部１０９において陰極１６４と当接係合するまで塑性変形される。また、変更陽極１３０および／または陰極１６４の撓みにより、スペーサ１０２のいくつかは、最初、他のスペーサよりも大きな荷重を受ける。最初に大きな荷重を受けるこれらのスペーサ１０２は、より強く押されることになり、このため表示板の著しい撓みが少なくなる。尚、全てのスペーサ１０２において、対向縁部１０９と変更陽極１３０の内表面との間の距離が均一とした場合に、スペーサ１０２が電界放出ディスプレイ１６０にかかる差圧を適当に受け、またスペーサ１０２が変更型の陽極１３０および陰極１６０の有害かつ過剰な撓みを防ぐように、スペーサ１０２の数およびレイアウトを予め定めてあることを注記しておく。厚さが１．１ミリメートルのガラスを含む表示板において、約１５ミリメートルというスペーサ間距離は適切なレイアウトであると考えられる。対角線が１０インチのディスプレイでは、スペーサ１０２の適当な数は、約１００ないし２００の範囲である。柔軟領域１５２の形状および材料特性によって、適度な塑性変形が可能となり、材料が画素１２４に広がるのを防ぎつつ、陰極１６４の内表面とあらゆる部材１０４の縁部１０９との間の物理的接触が得られる。この特定実施例では、金属柔軟部材１１２が準球形の形状から偏平なボールへと変わるにつれて、所与の圧縮量を達成するのに必要な力は増大する。柔軟領域１５２の挙動により、全ての縁部１０９が陰極１６４の内表面と当接係合した後、また、変更陽極１３０と陰極１６４が、スペーサ１０２とこの接触を得て、有害かつ過剰な撓みを呈しなくなったときに、圧縮または塑性変形が終止する。金は降伏応力が小さく、また金属柔軟部材１１２の球形の形状により、変形が容易であることから、所与の温度において小さい降伏力が得られる。次いで温度を制御して、上述の最終構成を実現する。この挙動は、スペーサにおける高さの裕度を調整するには十分に撓まないガラス・フリット，ガラス，またはセラミックのスペーサ自体とは対照的である。スペーサ１０２の均一な荷重は、エンベロープ１６５の減圧に先立って、またはエンベロープ１６５の減圧中に実現することができる。
【００１５】
次に図９を参照すると、図８の電界放出ディスプレイ１６０の全素子を含む電界放出ディスプレイ１６７の、図８と同様の断面図が示されている。電界放出ディスプレイ１６７は更に、陰極１６４上に形成された複数の金属ボンディング・パッド１６８、および金属柔軟部材１１２と金属ボンディング・パッド１３２との間の結合と同様の方法で金属ボンディング・パッド１６８に固着させた、複数の金属柔軟部材１６９を含む。金属柔軟部材１６９は、部材１０４の縁部１０９と物理的に接触するように配置される。縁部１０９上にボンディング層は何ら必要でなく、また縁部１０９と金属柔軟部材１６９との間にも結合は何ら必要でない。金属柔軟部材１６９は、部材１０４と陰極１６４との間にコンプライアンスを与え、また、部材１０４および／または表示板の破損およびチッピング(chipping)を防ぐ。本発明によるフラット・パネル・ディスプレイの別の実施例では、金属柔軟部材は一方の表示板の内表面の領域に堆積した金属層を含み、部材１０４の被覆されていない縁部がこれと接触する。この金属層は、アルミニウムまたは金等の柔軟金属を含み、厚さは少なくとも１マイクロメートルで、適当なコンプライアンスを与える。被覆されていない縁部に対向する縁部における他の部材によって、部材１０４は直立状態に保持され、また、柔軟金属層は、被覆されていない縁部と当接係合するように配置される。したがって、このような構造がなければ生じる可能性がある、部材１０４の硬い被覆されていない縁部とこれに隣接する表示板の硬い表面との接触による応力上昇点が減少する。これらの表面／縁部は、典型的に、完全に平面または平滑ではないので、応力上昇点は一般的に見られる。
【００１６】
次に図１０を参照すると、距離ｈ₁ およびｈ₂ を等化する工程の後の、図８の電界放出ディスプレイ１６０の断面図が示されている。陰極１６４がスペーサ１０２の対向縁部１０９の全てと当接係合した状態のとき、図１０において矢印で表す電界放出ディスプレイ１６０にかかる差圧が、スペーサ１０２に均一に加わる。柔軟領域１５２を冷却し、均一な荷重をかける構成になるように硬化させた後、柔軟領域１５２の位置に、複数の荷重伝達領域１６８が設けられる。荷重伝達領域１６８の金属は脆くないので、電界放出ディスプレイ１６０内において微粒子の形成の一因とはならない。
【００１７】
本発明による方法の他の実施例では、スペーサ１０２を陰極１６４に固着する。これらの実施例の工程は、スペーサ１０２の変更型の陽極１３０への固着に関して先に説明したものと同様である。しかしながら、ゲート／抽出金属の酸化、および典型的にモリブデンから成るフィールド・エミッタ１６６の酸化を防ぐために、真空において熱圧着または熱音波ボンディング等の高温結合を行わなければならない。超音波ボンディングのようなその他の金属間結合技法を用いて、陰極１６４にスペーサ１０２を固着する間、フィールド・エミッタ１６６の酸化を防ぐことができる。
【００１８】
次に図１１を参照すると、本発明による方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造１７０の、図２と同様の等幅図が示されている。構造１７０は、部材１０４，ボンディング層１０８，および、金またはアルミニウム等の柔軟金属から成る、１本の金属ワイヤを含む金属柔軟部材１７２を含む。１本のワイヤは、１０ないし１００マイクロメートルの範囲の直径を有する。金属柔軟部材１７２は、標準的なワイヤ・ボンディング技法を用いて、ボンディング層１０８に固着する。次いで、電界放出ディスプレイを形成するために、図７ないし図９を参照して説明したのと同様の方法で、構造１７０を変更型の陽極１３０に固着する。
【００１９】
本発明による方法の他の実施例では、最初に金属柔軟部材を一方の表示板の内表面に結合し、次いで、表面にボンディング層を形成したスペーサを金属柔軟部材に固着する。図１２に、かかる一実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造１８０の一部を表す等幅図を示す。構造１８０は、図５および図６を参照して説明したのと同様の方法で設けられた、複数の金属ボンディング・パッド１８４を有する、変更陽極１８２を含む。隣接する金属ボンディング・パッド１８４が個別のストリップの形状である場合には、約３ないし４ミリメートルだけ離間させて、金属ボンディング・パッド１８４に対して垂直に配置された、長さ約５ミリメートルのスペーサ１０２を収容する。変更陽極１８２上に金属ボンディング・パッド１８４を形成した後、何本かの金またはアルミニウムのワイヤを含む複数の金属柔軟部材１８６を、熱圧着等の金属結合技法により、金属ボンディング・パッド１８４に結合する。この工程の間、金属柔軟部材１８６に複数の圧縮領域１８８を形成する。次いで、圧縮されていない位置で、スペーサ１０２のボンディング層１０８を、金属柔軟部材１８６と当接係合するよう配置する。曲率が大きいため、位置１８９は結合にはより好適である。次いで、図７を参照して説明したのと同様の方法で、スペーサ１０２を、金属柔軟部材１８６に結合する。
【００２０】
次に図１３ないし図１５を参照すると、本発明による電界放出ディスプレイ２６０内における複数のスペーサ２０２の固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図および断面図が示されている。まず図１３を参照すると、複数の画素２２４の間に、複数の金属ボンディング・パッド２３２が形成された、変更陽極２３０の一部が示されている。金属ボンディング・パッド２３２はアルミニウムから成る。金ボールを含む複数の金属柔軟部材２１２は、標準的な金ボール結合装置を用いることにより、金属ボンディング・パッド２３２に固着する。次に図１４を参照すると、金属柔軟部材２１２における、変更陽極２３０へのスペーサ２０２の固着が示されている。図１４において一部を示す電界放出ディスプレイ２６０は、スペーサ２０２がすでに形成された陰極２６４を含む。陰極２６４上にスペーサ２０２を形成するには、いくつかの方法がある。かかる方法の１つが、１９９３年８月３日に特許された米国特許番号第５，２３２，５４９号に開示されている。その内容は本願でも使用可能である。この中で述べられている方法は、陰極２６４の内表面にすでに堆積された絶縁層上へのアルミニウムのパターン層の形成を含む。このアルミニウムが、スペーサ２０２の構成を規定する。ポストを含んでもよいスペーサ２０２を絶縁層のレーザ切除(laser ablation)によって形成した後、アルミニウムはスペーサ２０２の上部に残っている。本発明による方法のこの特定実施例では、このアルミニウムの残留層はボンディング層２０８を含み、このボンディング層２０８に対して、例えば真空環境における熱圧着によって、金属柔軟部材２１２を結合する。この特定実施例では、本方法は主として、図８および図９を参照して説明したものと同様の方法で、均一の荷重を実現するためのコンプライアンスを与える。この特定実施例は、変更陽極２３０および陰極２６４に対するスペーサ２０２の垂直性を得るものではない。材料，スペーサの形状寸法，および／または整合等の考慮によっては、かかる実施が望ましい場合もある。次に図１５および図１６を参照すると、図８および図９を参照して説明したのと同様の方法で、スペーサ２０２に均一な荷重をかけ、更にその結果として、スペーサ２０２の各々において荷重伝達領域２６８を得る工程の間の電界放出ディスプレイ２６０の断面図が、図８および図９と同様に示されている。本発明の別の実施例では、スペーサ２０２は表面に形成されたボンディング層２０８を有しておらず、また、図９を参照して説明したような、金属柔軟部材１６９と部材１０４との間にコンプライアンスを得たのと類似の方法で、金属柔軟部材２１２をスペーサ２０２の上縁部と当接係合するように配置して、スペーサ２０２と変更陽極２３０との間にコンプライアンスを得る。
【００２１】
次に図１７を参照すると、フラット・パネル・ディスプレイ内における複数のスペーサ３０２の固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造３５０の断面図が示されている。構造３５０は、変更陽極３３０を含み、この変更陽極３３０上には、アルミニウム等の適当な金属から成り、厚さが約１マイクロメートルである、複数の金属ボンディング・パッド３３２が堆積されている。スペーサ３０２は、セラミック等の適当な誘電材料から成る部材３０４を含む。スペーサ３０２の各々には、金等の適切な結合金属を含み、厚さが約１マイクロメートルであるボンディング層３０８がその一方の縁部に堆積されている。ボンディング層３０８は、図１７において矢印で表す結合力の作用を含めて、熱圧着等の適当な金属結合技法により、また、同時に摂氏２０ないし５００度の範囲の温度に加熱することにより、金属ボンディング・パッド３３２に結合する。本方法のこの特定実施例では、スペーサ３０２は非常に均一な高さを有する。均一性が十分に良好であるので、コンプライアンスはほとんど必要でなく、また、以降のディスプレイのパッケージング工程において、スペーサ３０２が変更陽極に対する垂直性を保持するよう、金属間結合によりスペーサ３０２を変更陽極３３０に固着する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図。
【図２】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図。
【図３】標準的な陽極の等幅図。
【図４】標準的な陽極の断面図。
【図５】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の実施例の種々の工程を実施することによって実現される陽極の等幅図。
【図６】本発明による方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される陽極の、図４と同様の断面図。
【図７】本発明の方法の実施例の種々の工程を実施し、図５の構造に図２の構造を固着することによって実現される構造の等幅図。
【図８】図７の構造に、本発明による方法の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の断面図。
【図９】本発明による方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の、図８と同様の断面図。
【図１０】本発明による方法の実施例の種々の工程を、図８の構造に実施することによって実現される構造の図８と同様の断面図。
【図１１】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図。
【図１２】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図。
【図１３】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図。
【図１４】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の等幅図。
【図１５】図１４に示した構造の断面図。
【図１６】本発明による種々の工程を、図１５に示した構造に実施することによって実現される構造の断面図。
【図１７】本発明によるフラット・パネル・ディスプレイにおけるスペーサの固着方法の別の実施例の種々の工程を実施することによって実現される構造の断面図。
【符号の説明】
１００構造
１０２スペーサ
１０４部材
１０５側面
１０６縁部
１０８ボンディング層
１０９縁部
１１０構造
１１２金属柔軟部材
１２０陽極
１２２透明板
１２４画素
１２６領域
１２７，１２８，１２９層
１３０変更型陽極
１３２金属ボンディング・パッド
１４０陽極
１４２金属ボンディング・パッド
１５０構造
１５２柔軟領域
１６０電界放出ディスプレイ
１６２側壁
１６４陰極
１６５エンベロープ
１６６フィールド・エミッタ
１６７電界放出ディスプレイ
１６８金属ボンディング・パッド
１６９金属柔軟部材
１７０構造
１７２金属柔軟部材
１８０構造
１８２変更型陽極
１８４金属ボンディング・パッド
１８６金属柔軟領域
１８８圧縮領域
２０２スペーサ
２０８ボンディング層
２１２金属柔軟部材
２２４画素
２３０陽極
２３２金属ボンディング・パッド
２６０電界放出ディスプレイ
２６４陰極
２６８荷重伝達領域
３０２スペーサ
３０４部材
３０８ボンディング層
３３０変更型陽極
３３２金属ボンディング・パッド
３５０構造

Claims

第１および第２表示板（１３０，１６４）を有するフラット・パネル・ディスプレイ（１６０，１６７，２６０）内における複数のスペーサ（１０２，２０２）の固着方法であって：
０．１ないし３ミリメートルの範囲の均一な高さを有し、誘電材料から成り、第１および第２縁部を有する複数の部材（１０４）を用意する段階；
前記複数の部材（１０４）の各々の前記第１縁部を金属により被覆して第１金属ボンディング層（１０８，２０８）を設ける段階；
前記第１表示板（１３０）の内表面に金属ボンディング・パッド（１３２，１４２，１８４，２３２）を形成する段階；
金属柔軟部材（１１２，１７２，１８６，２１２）を用意する段階；
前記金属柔軟部材（１１２，１７２，１８６，２１２）と前記第１ボンディング層（１０８，２０８）との間に第１金属結合を形成する段階；および
前記金属柔軟部材（１１２，１７２，１８６，２１２）と前記金属ボンディング・パッド（１３２，１４２，１８４，２３２）との間に第２金属結合を形成することによって、
前記第１縁部と前記第１表示板（１３０）の前記内表面との間に柔軟領域（１５２）を設ける段階；
から成ることを特徴とする方法。
第１および第２表示板（１３０，１６４）を有するフラット・パネル・ディスプレイ（１６０，１６７，２６０）内における複数のスペーサ（１０２，２０２）の固着方法であって：
０．１ないし３ミリメートルの範囲の均一な高さを有し、誘電材料から成り、第１および第２縁部を有する複数の部材（１０４）を用意する段階；
前記複数の部材（１０４）の各々の前記第１縁部に金属を被覆して第１金属ボンディング層（１０８，２０８）を設ける段階；
前記第１表示板（１３０）の内表面に金属ボンディング・パッド（１３２，１４２，１８４，２３２）を形成する段階；
金属柔軟部材（１１２，１７２，１８６，２１２）を用意する段階；
前記金属柔軟部材（１１２，１７２，１８６，２１２）と前記第１ボンディング層（１０８，２０８）との間に第１金属結合を形成する段階；
前記金属柔軟部材（１１２，１７２，１８６，２１２）と前記金属ボンディング・パッド（１３２，１４２，１８４，２３２）との間に第２金属結合を形成することによって、
前記第１縁部と前記第１表示板（１３０）の前記内表面との間に柔軟領域（１５２）を設ける段階；
第２金属柔軟部材（１６９）を用意する段階；
前記第２表示板（１６４）の内表面に第２金属ボンディング・パッド（１６８）を形成する段階；
前記第２金属柔軟部材（１６９）と前記第２金属ボンディング・パッド（１６８）との間に金属結合を形成する段階；および
前記第２金属柔軟部材（１６９）を前記複数の部材（１０４）の前記第２縁部（１０９）と当接係合するように配置することによって、前記第２縁部（１０９）と前記第２表示板（１６４）の前記内表面との間に柔軟領域を設ける段階；
から成ることを特徴とする方法。