可视显示器的制作方法

专利名称：可视显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尽管不排除而尤其与数据处理装置一起使用的可视显示器。
背景技术：
用于数据处理装置例如计算机中的可视显示器，通常是阴极射线管型的场致发射显示器。这类显示器的厚度一般在其尺寸大小的数量级，其习惯于指角至角或对角线尺寸。该厚度使之不便于使用。近来膝上计算机已经得到广泛应用。它们采用“扁平”屏幕的显示器，一般是液晶型的。
已经建议提供具有扁平屏幕阴极射线管的显示器。它们被称之为Spindt阴极射线管，取名于美国专利3,755,704的发明人。在本说明书中，它们被称作场致发射器件。
发明目的本发明的目的在于提供一种改进了的密封“扁平”屏幕场致发射可视显示器的方法及其设备。
本申请要求我们1997年10月1日提出的英国申请No.9720723.7以及1997年12月4日提出的美国临时申请No.60/067,508的优先权。这两个优先权申请既描述了我们的场致发射器件发明，又描述了其密封进显示器的方式及其密封设备。本说明书则描述这些方面并要求保护我们的密封发明。与此同一日期提出的共同未决申请(PCT序列号为PCT/US98/20813)，同样描述了这些方面并要保护其场致发射器件发明。
本发明根据本发明的第一方面，提供了一种用于密封可视显示器的方法，该可视显示器包括至少一个场致发射器件，在其基片上包括一发射层；一玻璃面板，载有可激励的荧光材料；和可熔融密封材料，用于将所述面板周边密封至所述发射器件上，从而使所述面板与所述发射层平行隔开，该方法包括如下步骤对显示器抽真空，以便抽空发射层与面板之间的空间；并且照射面板的外围区域以熔化密封材料，从而将面板密封式地固定至发射器件上。
所述面板最好继开始抽真空之后定位成与发射器件逐个象素对准，并且最好采用自动机械操作。
根据本发明的优选特点，照射是通过以一照射源沿密封材料横向移动来进行的，而该横向移动是通过移动照射源或面板和发射器件或者两者都移动来实现的。
在一个实施例中，于横向移动之前，在可熔融密封材料周围的间隔处进行照射以对面板点焊定位。
一般地并且特别是在密封材料为可熔玻璃料的情况下，所述照射步骤采用激光进行。
在该照射步骤中可采用多个激光器，依次设置以确保全部熔化玻璃料，和/或在相对位置设置以快速横移。
适宜地是，至少在抽真空步骤的最后部分同时进行照射的步骤，特别是在玻璃料被成形为能桥接在由面板与发射器件的发射层之间隔片高度所确定的面板/支座间隙上的情况下。然而，也可以设想在依次的站中进行抽真空和照射的步骤。
作为密封材料在紫外光下可熔融的替代方法，照射步骤由紫外光源进行，最好采用一个掩模来限制照射，使得仅仅照射粘合剂。在此替代例中，可以在与面板贴合的一个表面上以及在与支座(见下面)或发射器件接触的一相对表面上利用紫外可固化粘合剂设置一外围玻璃壁，并且使照射熔化此二表面上的粘合剂。可以设想用于发射器件的支座由玻璃制成，并且可以透过紫外光，而将支座(或者实际上即发射器件)与面板隔开的隔片可在其顶部和底部都带有UV可固化粘合剂。
发射器件一般支承在一支座上，并且该方法包括将所述发射器件初步密封在该支座上的步骤。
在支座支承多个发射器件的情况下，该方法可包括如下步骤将发射器件按象素线对准定位，并且在密封之前临时性地将发射器件相对于支座固定，优选通过在发射器件与支座外围部分之间的楔子来进行。
该楔子可以由吸气材料制成。
替代地是，发射器件和支座可以互补式隔开成使得它们按象素线对准装配到支座中。
在该优选实施例中，发射器件通过焊接固封在支座上，其中该发射器件和支座被加热以熔化焊料，然后冷却以使其硬化，冷却的进行优选通过对真空室进行抽空，从真空室的一个开口导出气流流至焊接点以进行冷却。
虽然支座和发射器件可以在对密封材料进行熔化的真空室中加热至焊料的熔点之上，但它们最好是在先于(preceding)真空室中被加热至此温度。替代地是，也可以在周围环境中进行焊接。
该方法最好包括通过一或多个电子束和/或离子流照射面板和/或发射器件，以对其进行予清洁的步骤。可以在大气中或者在局部真空或完全真空中进行此清洁步骤。
该清洁步骤最好利用本发明的场效应发射器件进行。
该方法最好包括一对用于显示器最后抽空的可激活吸气器(getter)进行照射的步骤。特别在用激光进行密封照射的情况下，该吸气器的照射也是通过激光进行。
用于密封具有一个基片上带有发射层的场致发射器件和一个带有可激励荧光材料的面板的可视显示器的设备，该设备包括
一真空室，最好包括其自身的抽气泵；在真空室中用于支承逐个象素对准并置的所述场致发射器件和面板的装置；和一照射装置，用以照射设在所述发射器件或面板上的密封材料，从而熔化该材料以密封所述可视显示器。
虽然设想照射装置可以安装在真空室内部，但是在优选实施例中照射装置安装在真空室的外部，并且真空室上设有可以透过照射的窗口。
优选的照射装置是激光器，尽管也可以是紫外光源。
优选地是，其中的支承装置包括一控制器，用于操纵场致发射器件和面板之一彼此逐个象素地相互对准，并且所述设备包括用于测量发射器件与面板相对位置的装置，从而控制器可以使其成逐个象素地对准。
特别是在照射装置为激光器的情况下，该设备最好包括加热器，用于在照射之前加热发射器件和面板。优选地是，真空室中的至少部分加热器设置在用以使照射进入真空室的窗口之外。适宜地是，这些加热器如此设置在一框架上，使其可以摆动，最好是围绕铰链摆动，以避开所述窗口让照射装置暴露。
在一个优选实施例中，该设备包括一带有加热器的预热和初始抽空室，一抽气泵，和用于将发射器件和面板输送至真空室的装置。
优选地是，该设备还包括一个冷却室，设有用于控制对可视显示器冷却的装置和用于将可视显示器从真空室中输送出去的装置。一般地说，该输送装置适于将发射器件组装在一支座上输送。
优选地是，予抽空室的加热器适于将发射器件和支座加热至足以熔化焊料的温度，并且抽空装置适于将所抽出的气流导向焊料区以使其在熔化后冷却。
该设备最好还包括用于将发射器件相对于其焊接用的支座控制在所需相对位置的装置。
在一个优选实施例中，所述密封设备包括一自动机械式输入站和适于与之连接的可拆卸的输入舱，可拆卸输入舱用于装载多个发射器件和面板，它们最好是可拆卸地安装在输入舱中的盒中。自动机械式输入站用以将发射器件和面板从输入舱中卸下以便在该密封设备中加工。可拆卸输入舱适宜包括用以对其加热和/或抽空的装置。
优选地是，还设有一个带有可拆卸输出舱的自动机械式输出站。该自动机械式输出站用以从真空室中移出已密封好的显示器并将其装载至输出舱中，输出舱具有可控制地将已密封好的显示器恢复至环境气压和温度的装置。
本发明优选实施例的附图为了帮助理解本发明，下面将通过实例并参见附图对具体实施例进行描述。其中

图1是本发明的发射器件一部分的立体图；图2是图1发射器件放大比例的片断的剖面图，并且具有一个更加放大的细部；图3是准备用于丝网印刷发射体条带的冲压成形并且带有开口的基片的立体图，；图4是在丝网印刷发射体条带之后图3工件放大比例的片断图；图5是在丝网印刷栅极线之后该工件的类似视图；图6是装配用以烧结的多个基片工件的侧视图；图7是另一基片和电连接路线布置方法的片断侧视图；图8是类似于图5的视图，其表示用于控制栅极刻蚀的光刻胶层；图9是本发明第二种发射器件的透视图；图10是第二种发射器件背面的片断平面图；图11是本发明第三种发射器件的类似于图9的视图；图12是从本发明第三发射器件背后看的类似于图9的片断视图，特别表示出通路和导电线路，其中的基片层没有照样画出；图13为图11发射器件用的前基片层中的通路以及背面上的相应驱动芯片的布置的示意平面图；图14为本发明的可视显示单元在固定其面板之前的立体图；图15为图9的发射器件其面板固定后的局部放大片断剖面图，并且具有一表示其内隔片的进一步放大的细部图；图16为图14的可视显示单元面板上的外隔片被断开的片断透视图；图17类似于图14，表示本发明的较大的可视显示单元，没有画出其面板；图18为图17的可视显示单元的底视图；图19类似于图15，表示将发射器件定位在其支座上的结构；图20为本发明的另一可视显示器的角部平面图，表示将发射器件定位在其支座上的另一替代结构；图21类似于图19，表示图20的替代定位结构；图22为本发明的单基片层可视显示器的片断剖视侧视图；图23为本发明的双基片层可视显示器的类似视图；图24为根据本发明的组装设备的方框图；图25为装配站的侧视剖面图，仅以轮廓线画出了面板；图26为装配站的局部平面图，没有画出面板；图27为密封室的侧视剖面图；图28类似于图15，表示根据本发明的可蒸发吸气器；图29为可视显示单元的角部片断平面图，表示根据本发明的另一可变形吸气器；图30为本发明的可视显示单元的侧视剖面图，完全带有驱动器芯片；图31为通过以类似发射器件清洁发射器件的透视图；图32为本发明的密封机第二实施例的透视图；图33为图32密封机的平面图34为图32密封机的前视图；图35类似于图32，其中的密封机结构不同；图36为本发明的第三密封机的类似视图。
发射器件第一实施例的说明参见图1和2，其中表示出用于可视显示器的场效应发射器件100的代表部分，其具有陶瓷基片1。为了与可视显示器的其它部分特别是玻璃面板(见下面)相配，用作基片的陶瓷是氧化铝。在该基片的发射一侧2，具有一含有网状导电的发射体线条带和栅极线条带4、5的发射层3。使用时，在基片的驱动器一侧6具有一些固定相连的驱动器7，后面将详细描述，参见图30。驱动器设置成如此靠近其所驱动的发射层，以最大程度地降低其电容性及其它电学损耗。
发射体条带由镍制成，栅极条带由铬制成。基片上相同类型的各个条带被间隔开。它们在其相交处由一介电层8和位于该介电层的基片一侧的一较薄的电阻层9隔开。介电层是二氧化硅。电阻层可以是多晶硅或金属氧化物。发射体条带凹进该基片发射一侧的表面，因而介电层和电阻层是平面的。典型地是，这些条带设置成每英寸80的间距，即0.0125＂的中心距。各条带为0.004＂宽和0.0004＂厚。
在各相交处提供有发射象素10。每个发射象素具有一列阵的发射体11和栅极12。栅极为栅极线条带5中在相交处的开口13，其与介电层8中的开口14对准。发射体在相交处的栅极条带和介电层中的开口13、14中，为淀积在发射体条带4之上的电阻层9上的元件15。一般每个象素设置300个发射体。
为与发射体条带和栅极条带电连接，该基片具有开口16，条带材料或其它导电材料(见下面)延伸入其中成为通路17。栅极通路延伸通过介电层和电阻层以及基片。
为了便于与连接至发射器件背面接触片18处的驱动器芯片7(见下面)进行焊接和电连接，该发射器件的基片由粘合在一起的多个基片层11、12、13、14构成。每层片具有设定在其相对表面中的连接条带19和互连通路20，其材料与条带材料相同。相邻层的连接条带或者至少一层的通路与下一层的连接条带互压，以提供电接触。连接条带和通路被设置成从条带间距(一般为0.0125＂)扩展或扇形扩大至驱动器芯片触点的间距(一般为0.050＂)，并连接至接触片18。当每英寸采用更多线时，其条带间距减小，则需要更显著的扇形扩展。
外基片层14的背面/驱动器表面外围具有一电隔离的丝网印刷的连续的金属条带，类似于接触片18，用于密封该显示装置与支座之间的连接，下面将详细说明。电源和信号供给路线22也设置在背面，以供电给驱动器并向其提供控制信号。
该发射器件沿着陶瓷基片的四个边缘具有边缘区23，发射体线和栅极线并不伸入其中。沿着两个相对隔开的边缘区，该发射器件在其发射一侧具有红、蓝、绿色线驱动触点64R、64B、64G。这些触点印刷在介电层的顶部，并且由通路和连接条带连接至基片背面的驱动器接触片上。
每层的厚度在0.010＂至0.020＂量级。
现在说明上述发射器件的制造。其它发射器件的实施例将在后面予以说明。
制造发射器件的优选方法的说明图1的发射器件制作如下氧化铝基片1的各层薄片11、12、13、14通过带式浇铸形成。这些薄片从带式浇铸材料压制而成，并且通过对烧结陶瓷的光刻胶蚀刻或者在其未烧结状态时对材料进行冲孔而形成用于通路17的开口16。图3中仅表示通路开口的阵列。每个发射体线和每个栅极线必须具有至少一个通路，最好是两个。图3所示的结构其全部栅极通路以及全部发射体通路都被对准。虽然它便于逻辑配置，但是也产生了线路的缺陷。下面描述一种改进的配置。此外，首先形成发射体通路开口是适宜的。
虽然这些薄片仍然是未烧结的，但是发射体条带作为粉状金属生料被丝网印刷在最上面的薄片11之上。连接条带19被类似地丝网印刷于其它薄片12、13、14之上。丝网印刷材料通入开口以形成通路20，发射体条带材料充入发射体通路开口，而且连接条带材料(一般是银基底的)充入互连通路开口。然后将这些薄片在压板之间单独挤压，以便将发射体条带4和连接条带19压入相应基片薄片的表面，见图4。
接下来，通过旋压成型将介电层和电阻层8、9加至最上面的薄片11上。只有在发射体条带与栅极条带的相交处才需要电阻层，并且其它地方的电阻层在添加介电层之前可以被蚀刻去除。形成用于栅极条带5的通路开口(未表示)，而且条带被印刷在开口上并通过开口印刷，见图5。然后将所有构成基片的层片叠置压合在一起，以确保相邻层中相应的连接条带与通路之间的接触。烧结该组件，参见图6。
作为将导电层丝网印刷至未烧结基片上的替代方法，在基片层36一侧的导电路线35，可被丝网印刷在由平表面38支承的脱模薄膜37上，如图7所示。然后将基片材料36带式浇铸在导电路线上，从而可以得到横跨材料边界的平滑水平表面。脱模材料(在图7中以放大的厚度画出)在带式浇铸确定后被剥落，其后续操作包括通路形成和基片建立。按照此方法，通路的填充需要作为与将导电路线布置在未烧结基片上操作相分离的操作来进行。该替代方法也适用于将发射体线布置在脱模薄膜上并且覆盖以带式浇铸陶瓷。电阻层也可以通过丝网印刷(最好是首先)布置于上述网板中，即只在发射体条带与栅极线条带之间的相交处。在制成基片并且烧结之后，最好对其顶层进行抛光，以提供发射体淀积于其上的尽可能平整的表面，使得其表面连续并且互相平齐。
在烧结之后，通过精细加工制作栅极和空腔(void)。然后电解淀积发射体并对其进行精细加工。其实现方法如下，通过将光刻胶层31淀积(见图8)在基片的发射一侧，对其选择性曝光并显影，在待形成栅极开口之处刻蚀出开口32。独立的刻蚀程序形成栅极开口13。进一步的刻蚀程序在介电层向下直至电阻层9中形成开口14。这不仅是阻电的，而且能耐受进一步的刻蚀。
一旦完成刻蚀，就在电阻层上暴露于介电层中开口14的底部位置处嵌置镍而形成发射体11。这可以通过真空镀膜或电镀来进行。本领域技术人员可以进行此操作，此处无需进一步说明。
发射器件另一实施例的说明现在参见图9和10，其中表示本发明的发射器件的最简单形式。它具有单一陶瓷层。在其发射一侧设有类似于发射层3的一个发射层503。因此无需更多说明。该器件具有如下缺点，基片层5011背面上的导电路线519从通路516至接触片518的扇形扩展需要曲折繁复的路线布置，考虑到电源和信号路线530也要提供给驱动器芯片507以及在图10中所示的通路间距为驱动器芯片管脚间距的一半，而实际上其通路间距与此相比会更小。还应当指出，虽然图10表示出了理论上的线1至脚1…线n至脚n的扇形扩展，但是在实际中，其管脚的顺序可能会需要更加复杂的配置。另外，考虑到该器件必需压紧，为了保持其内部真空，该器件还具有依赖于在其开口中完全填充以使压力均衡的缺点。不过可以预计，对本发明发射器件的这种最简形式存在应用。
下面参见图11、12和13，其中所示的发射器件具有两个陶瓷层6011、6012。第一层的背面606具有从前基片层6011中发射体线(例如)通路616延伸的互连路线6191，参见图12。应当指出，在图12中，没有画出单独的层；但是画出了其上路线的布置。第二层6012的前表面6022也具有互连路线6192，该两组路线6191、6192在其邻接处相连。路线6191使通路616的间距扇形扩展至其互连点6030的间距，扩展系数为二。路线6192再次扇形扩展至依次更长的长度，使得其端部间距再次加倍。这些端点的交替点具有至路线6194至芯片接触片6181的通路6020。由于其端部具有通路的是交替的路线，所以通路间距再次加倍，即从前层中通路616的间距以八倍的系数扇形扩展。没有通路6020的交替路线6192继续横跨至芯片607另一侧的更远通路60201，其背面路线引回至芯片另一侧的接触片6182。电源和信号线630也导引至芯片。应当理解，两个基片层在扇形扩展方面的灵活性要远大于一个基片层所能达到的，因为路线6191、6192、6193如果需要的话可以穿过电源和信号路线630到达驱动器芯片607。替代地是，电源和信号路线630可以更加灵活地布置，例如它们可以通过通路达到层间界面以便能够识别其相对顺序。此外，在两个陶瓷层中的通路616、6020被另一层的陶瓷基片断开，其通路不是共轴的。这可提供更加可靠的真空密封。
在此实施例中，如严格图表形式的图13中所示，至少是通向发射体条带和栅极条带的通路被分隔成沿两个例如相对于发射体线方向A的交错(事实上是相等并且相反)取向α、β的对准通路序列的阵列。在此阵列中，所有序列都平行于取向α、β中的一或另一个。在沿方向A通过基片的一个带宽中，具有四个对准的通路序列6161、6162、6163、6164。它们表示两个发射体通路序列6161、6162和两个栅极通路序列6163、6164。在每个序列中，相继通路通向相继的发射体线或栅极线，并且在每个序列中设置比较少量的通路，比如说25个，也即在每英寸100线的显示器中代表1/4＂(横跨方向A，其实际长度根据三角学方法取决于相对于方向A的取向α)。这种短序列设置将通路所引起的基片层低强度限制在局部。从一个序列6161，其下一个序列6162，即用于下25行的通路，与其前一个序列间隔开一个间隙6166，并且设置在另一方向β。这产生了一个低强度的横线。间隙的设置确保整个低强度降至最小。该阵列实际上是一个曲的折阵列，在其转折之间具有间隙6166，并且具有一对准序列的取向γ。应当指出，图13所示的结构使得通路序列沿该图的水平方向延伸的间距为垂直方向的两倍。因此序列6161、6162在水平穿过发射器件时才到达其一半的高度。从而为了与所有发射体线接触，必须从该器件的半途再次重新开始。如果该序列的阵列被水平关闭，则可以避免重新开始。可以采用的一种特殊的阵列结构为，其中的方向β和γ都等于45°。在此情况下，全部序列6162不仅平行而且自身对准。然而所述间隙避免了低强度。另外，为了提供每线两个通路，可以再次重新开始该序列阵列，其开始点如上所述被水平隔开并且垂直相对。
序列6163、6164是用于栅极线的。尽管这些线横跨至发射体线，但是在整个发射层其数量是相同的并且具有相同的间隔。因此其通路设置具有精确一致的模式。
各通路序列在前表面中，芯片607在后表面上相连，适宜采用一一对应的形式。但是一个芯片可以用于两个通路序列或者相反。如图13所示，所有芯片设置在通路的同一侧。然而应当理解，在通路与发射器件的边缘接近的地方，将芯片置于通路板上比较方便。另外，在直角阵列中设置具有数百个驱动器输出连接的驱动器芯片的情况下，芯片与通路序列的关系不再是一对一的，其扇形扩展会比图12所示的大为复杂，但是仍在本领域技术人员的能力范围内。
可视显示器优选实施例的说明图14和15所示的可视显示器包括图1至6的发射器件100和支座40。这是一种带式浇铸的氧化铝材料。它具有L形截面，包括一个脚法兰41和一个立壁或立板42。它们被单独地条带浇铸，并且在烧结之前被组装在一起。在角部对接有四条臂43、44、45、46，对应于发射器件100四边上的支座四边。法兰41具有与连续金属条带21互补的连续金属路线47，在烧结之前被丝网印刷并压印在陶瓷的表面中。类似地，在法兰上设有与供给路线22互补的接触片48。接触片材料连续延伸至支座的内表面49以提供电接触，下面将进行更详细的描述。
如下所述，发射器件100被焊接在支座40上。在立板42的顶部周围设置有玻璃原料的密封壁50。玻璃前面板51安装在密封壁上，与发射器件的发射层隔开预定的间距。面板的内表面有荧光材料52印刷其上，以便被发射器件的象素选择性地激励。
在密封前面板之后加至可视显示器上的最后部件为驱动器7(参见图30)。它们被焊接在接触片18上。同时将一个连接器(未画出)焊接在接触片48上。
现在返看图16，所表示的可视显示器的一部分为一彩色显示器。荧光材料被设置成红、蓝和绿色斑52R、52B、52G。每个色斑被设置成与各发射象素相对，从而该象素可以显示选定的颜色。这些色斑在面板表面上设置成均匀的阵列，其中红、蓝和绿电压线53R、53B、53G与面板表面上的相应色斑互相连接。外隔片54上的线端子设置在显示器的相对两侧。外隔片为氧化铝陶瓷，且由两层55、56构成，其通路和连接路线结构使得所有相应颜色线的接触端57R、57B、57G能够有选择地连接至三个接触片58R、58B、58G的相应一个公共端。其端部固定有激光器至面板51的上层55，具有红、蓝和绿通路59R、59B、59G，延伸至其一侧与玻璃接触的红、蓝和绿接触片60R、60B、60G。接触片60压在相应的接触端57上。相应颜色的通路交错跨过隔片层55的宽度，并且延伸至红、蓝和绿接触条带61R、61B、61G。类似地，下隔片层56具有红、蓝和绿接触条带62R、62B、62G，跨过其一侧的臂上偏压有上隔片层，从而使各红、蓝和绿电压线53R、53B、53G与相应的红、蓝和绿接触条带62R、62B、62G相连接。下隔片层56还具有红、蓝和绿通路63R、63B、63G，其将条带62连接至与面板相对的外隔片54一侧的红、蓝和绿接触片58R、58B、58G上。接触片58较大，并且与内部荧光线间距相比间隔也较大，使得面板相对于发射器件的定位可以以大于上述线间距的误差容限进行。如上所述，该发射器件在其发射层中具有互补接触片64R、64B、64G。
转至图15，可视显示器在其宽度方向具有许多内隔片81，其中仅画出了一个。此隔片用于支承面板51和陶瓷基片1，使其承受住将其压向一起的大气压力。它是条带浇铸陶瓷，但是也可以是压制玻璃。一般地说，它为0.002＂厚和0.050＂高。将其设定在荧光层83中聚亚酰胺材料的槽82中。聚亚酰胺上设有开口以使所发射的电子能够到达荧光斑52上，并且以阴极射线管中通常采用的方法镀以铬反射层。内隔片最初被粘附在面板51上，然后将之如下所述装配于发射器件上。发射层3特别是栅极条带材料5，同样设有用于内隔片对边的槽84，内隔片81与槽84行对齐。这些槽在构造外围材料时形成于掩模(未画出)上。如图所示，隔片上具有顺其延伸的导电线85。该导电线与接触片(未画出)相连，用于将来自隔片的电压施加于偏转电子发射。虽然图15所示的隔片具有直角截面，但是它也可以是锥形伸向面板，以使其在可视显示器中的影响最小。另外，它也可以不穿过显示器的整个宽度。可以设想，能够采用由玻璃挤压的十字形内隔片来代替直隔片，其十字臂沿着两个方向与发射器之间的象素阵列对齐延伸。该十字形可以锥形伸向面板。以椭圆图形92设置的该种隔片91如图17所示。该图形可提供对所示多发射器件显示器的整个区域的支承。在该显示器的另一部分还表示出直线形的内隔片93作为替代。
可视显示器另一实施例的说明下面转至图17和18，此处所示的显示器除了较大之外类似于图14、15和16中所示的显示器。其中所含的发射器件71可以制作成仅达到一定尺寸，通常为4平方英寸。为了使显示器更大，它具有多个边至边压接的发射器件。如图所示，该显示器具有四个发射器件71，其尺寸为8平方英寸。
发射器件71除了沿其两个侧边72不存在边缘区，而且发射体线和栅极线阵列直接延伸至陶瓷基片的边缘这一点之外，其与发射器件1相同。采用氧化铝作为基片的陶瓷材料的一个优点在于它能够被切割、微切割至精细的误差。因此其边缘可以被切割至与该边缘相邻的发射体线或栅极线的象素间距的一半。这种结构使得在两个发射器件边缘至边缘邻接的情况下，发射象素阵列从一个器件至下一个器件是连续的。发射器件的另一边缘75可被加工成沿着其长度方向紧密配合支座的侧壁42，如图19所示，以使该器件在支座中有效地对准。替代地是，在两个定位凸起76之间可以切除边缘75，比较方便地是在发射器件的角部切除，如图20和21所示。如此为吸气器301提供了一个通道77，下面将更为详细地描述。该通道凹进支座内以容纳一个较深的吸气器。作为陶瓷片角部定位凸起的替代，可以在支座上于通道77中设置定位凸耳761，它具有同样的作用。应当指出，图19、20和21中所示显示器的前面板51横向延伸至支座40之外。这在不通过隔片进行邻接并采用边缘连接器(未画出)的情况下有助于与荧光线的连接。横向延伸还提供一凸边，其在密封之前可以扣住以进行控制，下面将更为详细地描述。图21中，在支座的外部以连接路线78的形式提供了一种荧光线连接的替代方法。它们通向支座的顶部，在此处通过导电的玻璃料79与荧光线接触。
为了支承两个器件之间的接合点，在支座上设有附加的法兰构件73，于该器件接合之后桥接该支座的侧面部件。从而在所示显示器的四个发射器件中，支座构成了一环绕内十字的方形。发射器件以与法兰41同样的方式焊接在十字构件73上，也就是说，以高温焊料沿着支座部件将环绕器件后表面的条带连接至路线47。焊料可用黄铜制造，就是说一种黄铜或者铟基的焊料。在相邻发射器件需要互连以使其同步的情况下，在支座桥接部件上设有接触片481，在发射器件上设有互补接触片(未画出)。它们以高温焊接方法加以连接。为了提供用于焊料路线47之间接触片481的空间，局部加宽焊料路线47和桥接部件73，接触片481则设置于这些路线之间。
下面转至图22，表示出本发明可视显示器的一种更为简单的形式，其中面板511与图9和10中的单基片层发射器件5011通过一个厚的玻璃料条带510连接，其间没有任何壁。荧光物质线531不连接至基片，而是侧路直接通出与驱动器(未画出)相连。
图23表示另一简单显示器，它具有两个基片层。面板511与基片6011、6012再次其间没有支座而连接。在这两个部件之间固定有一玻璃壁421，在其两侧以紫外先固化粘合剂4211粘接其上。通过紫外光的一次照射将该粘合剂在两侧固化。为了提供附加的结构强度，发射器件粘接式地固定至器件背面的塑料支座411上。
本发明组装设备第一实施例的说明参考图24至26，以示意图方式表示的组装设备具有一组装站201，与之相连有数个辅助站，特别是发射器件清洁站202，子组件预热站203，面板清洁站204，面板预热站205和抽真空单元206。部件在这些站之间移动，其移动装置的设计在本领域技术人员的能力范围之内，此处无需说明。
发射器件清洁站202装有一个清洁用的发射器件101，如下所述，被设置来清洁待组装的发射器件1。子组件预热站203装有加热器(未画出)，用于加热待组装成可视显示器的无论多少个(图26所示为四个)位于支座40上的发射器件1。面板清洁站204具有另一个类似的清洁用的发射器件101，被设置来清洁待组装的面板51。面板予热站205装有加热器(未画出)，用于加热待组装入可视显示器的面板51。抽真空单元206依次具有一粗抽泵207和一高真空泵208。组装站201包括一个在其中进行装配的真空室209。设有真空锁定阀210，部件可以在其中通过并保持真空室209中的真空。
在真空室209中，具有一个用于定位支座40的数字夹具211，以从预热站203通过阀210引入子组件。在该夹具之下设有与支座法兰41、73对准的辐射加热元件212，用以将其加热至使得其与陶瓷基片1之间的焊料熔化的温度。
在夹具211之上设有至少一个光学定位传感器213和多个机械臂214，用于控制支座上的基片1至其设计位置。一旦定位，则以铝楔215将其临时固定，其中铝楔215包含在所述子组件之中并通过机械臂压迫定位。采用相同的机械臂将面板51(图25中以轮廓线画出)定位在已定位的子组件之上。
与辐射加热元件212相邻的是导管216，伸向真空单元，用于在发射器件定位和楔牢之后引导气流通过法兰41、73以冷却焊料。
在真空室209中，固定在夹具211之上还有在路线218上设置的点焊激光器217，可以被移动对准支座外围的不同点，用于将面板51点焊在支座的壁42上的玻璃料50之上。
清洁发射器件优选方法的说明图31所示为与另一类似器件101相对设置的图1的发射器件，控制其驱动器107以提供对器件100上发射层3的最大电子束照射。这些器件彼此靠近设置，最好是但并不必须是设置在真空室中。它们充分靠近以使来自器件101的电子照射激活并移去发射器件上不能用传统清洗技术除去的任何分子残余。
发射器件101的供电时间长度应足以清洁发射器件100。
采用第一组装设备的组装方法的说明再转至图24至26，支座40上四个发射器件1的分组件输入发射器件清洁站202，在其处如上所述该发射器件被电子清洁。然后沿导轨(未画出)继续移动该分组件至分组件预热站203，并在其处进行预热。然后继续移动其至组装站201。同时，面板在面板清洁站204中得以清洁，且在预热站205中被预热。真空室209被预热，并且由泵207、208抽空至一大致真空状态。
分组件通过真空锁210输入真空室并定位在夹具211上。在清洁之初，将熔点为300℃的高温焊料丝网印刷至基片1的条带21和路线22上。预热站中的温度不足以熔化焊料，但加热元件212局部加热支座和基片以熔化焊料，并使其流动及湿润支座上的互补路线47和接触片48。
在焊料仍被熔化的同时，自动控制机械臂被操纵以接触发射器件的自由边220。在发射器件中央固定有一个光学传感器213，它能探测到发射器件之间的接头线221。所述四个发射器件之间的四个接头线在交叉点222处相遇，而当发射器件彼此正确定位时相对的边223、224在此处对准。中央传感器与光识别系统(未画出)相连，使得它能控制自动机械臂214操纵发射器件以正确定位。为了保证支座上正确的转动定位，在交叉点222的径向还设有传感器213。在正确定位之后，利用自动机械臂将铝楔215压入支座的边缘220与壁42之间的位置，其中所述楔在分组件清洁之前已经加入分组件中。
在楔入即刻后，启动真空泵，以抽出随分组件以及现在输入的面板一同进入的空气。泵的入口为与加热元件相邻的导管216，从而对于现在固化的焊接点可以局部增强所抽出气流的冷却效果。这在每个发射器件的外围产生一气密密封。
将面板输入，通过其隔片54置于发射器件之上。相应的接触片63和64对准。在面板边缘的下侧与壁顶部的玻璃料50之间具有一小间隙223(见图15)。传感器213可以看到面板前面的可擦除印刷标记(未表示)，而且自动机械臂操纵面板与发射器件进行象素/象素的对准。通过自动机械臂保持面板，激励激光器217以对面板玻璃与玻璃料50之间进行点焊。应当指出，玻璃料具有梯形截面，以使其被激光熔化时形成一个向上弯曲的弯月形。这使得玻璃料与面板之间的接头可以跨接间隙223，其中该间隙约为0.020＂的量级(0.5mm)。通常进行四处点焊，在直角面板的各边缘处各一次。从而将面板相对于支座保持在固定位置，而发射器件已经通过焊料的固化固定在支座上。
本发明密封设备第一实施例的说明与真空室209通过其一个锁定阀210连接有一个第二高真空室230，具有单独的高真空泵231。该真空室设有夹具232，类似于第一真空室209中的夹具211，以及激光器233和路线234，类似于第一真空室209中的激光器217及其路线218。
采用第一密封设备的密封方法的说明参见图27，在将可视显示器输入密封室230并定位在夹具232上时，启动泵231将该室抽至高真空。激光器233与面板周围的玻璃料50对准，或者在予点焊处或者在其它地方。激光器点亮并移动通过面板的整个周边，以进行点焊的相同方式将其焊接至玻璃料上。由于在焊接之前面板与玻璃料之间存在间隙，所以可以在焊接的同时继续抽空，空气则经过所述间隙从显示器中抽出。移动通过周边结束即完成密封。
本发明优选可视显示器抽气机的说明参见图28，画出了其中一部分的该可视显示器具有一钡材料的可蒸发吸气器301。它是由薄金属片缠绕在陶瓷材料的四分之一圆周部件302上构成的，沿支座40隔开。吸气器位于隔片54与支座壁42之间的空间303中，从而通过以激光透过面板的一透明边缘部件304进行照射来蒸发吸气器，使得被蒸发材料淀积于围绕该空间的表面上，它既没有发射层的有源部分，也没有面板的有源部分。
图29表示一个替代的不可蒸发吸气器311，其延伸于各发射器件100的角部312。该吸气器构造成一个倒C形，其臂的端部位于陶瓷基片的边缘220与支座的壁42之间。该结构使得吸气器部件的上部313在置于发射器件中时所承受的压力使其扩展成用作一个楔。
本发明优选抽空方法的说明在以可蒸发或不可蒸发吸气器301、311密封可视显示器之后，使激光器234横移通过以加热吸气器至其激活温度，在此温度下它将吸收密封后仍残存在显示器中的大部分任何气体。吸气器的激活可以在密封之后即刻进行，而显示器仍然处于密封室230中。替代地是，也可以随后在室温下进行。
所制成的可视显示器通过丝网印刷焊料至其用以焊接驱动器芯片7的接触片18上以备使用。
组装和密封设备第二实施例的说明现在转至图32至35，所示设备用于将面板753组装至预组装发射器件和支座754上。支座754下面称作阴极。
发射器件和支座在一个站(未表示)中预组装，在其中将其加热以熔化焊料使其接合并冷却以凝固焊料。采用经切割以配合其支座的发射器件则无需相对于支座对其进行控制。将吸气器条带301添加至通道77上以完成阴极的预组装。
该设备具有三个站701、702、703。第一站701为预热器，第二站702为对准和照射站，而第三站703为受控冷却站。设有传送器704以将叠置的面板和阴极通过第一门阀705输送进预热器。然后，一个可由把手706操作的内传送器将其通过另一门阀707输送到第二站702，并通过第三门阀708输送到冷却站703。它还具有一最终的门阀709，通过它移去已密封的场效应发射器件。
在各站之下，设有一个能抽至超低压力的真空泵710。各站通过门阀711与其真空泵可隔离。
预热器精确设置，配有上下排的辐射加热器和反射器712。上加热器设在构成该站的真空室714的石英窗口之上。下加热器设在该真空室中，即位于其底板715之上，其中底板715上具有一连通该站的门阀和真空泵的开口。加热器将面板和阴极加热至一接近但低于将辐射装置与支座结合的焊料之熔点的温度。在该设备中除了熔化玻璃料的局部之外都不超过此温度。在打开预热器与对准和照射站之间的门阀并输送面板和阴极之前，预热器中的压强被降低至对准和照射站中的压强，结果继续保持该第二室在抽空状态。
在对准和照射站中，设有另外的加热器716。面板和阴极(面板在最上方)之上的加热器安装在围绕铰链718的支架717上，使得它们可以摆动避开此站的顶部石英窗口，将面板暴露于光学系统719和激光器720的视场中。它们被固定在从该设备背面延伸的一个X-Y台架721上。
该站702中的传送器可以被锁定静止，从而可以将阴极锁定。设有操作控制器722，用于将面板位置控制成与阴极象素对准，由光学系统719加以测量。该光学系统不仅用于测量X-Y对准，而且用于测量平行度和Z向间距。一旦X-Y对准且平行度是正确的，则将该站最终抽至10-8乇(Torr)，并将面板降低至与支座壁上玻璃料相隔一个受控较小间距的位置。以接近满功率移动激光器围绕玻璃料运动，以使玻璃料最终去气。然后再次以满功率横移激光器。最后的横移使已经接近其熔点的玻璃料熔化。激光器满功率只要一次横移就足以使玻璃料受毛细作用上升至与面板接触，并且在激光器移远之后冷却下来。玻璃料的连续横移使得只有当前照射位置的局部玻璃料温度上升至玻璃熔点。其它地方的部件保持冷却并低于该高温焊料的熔点。使温度的提高限于激光器附近可以基本避免热应力积聚和所导致的碎裂。在横移的端部具有小的重叠。一旦玻璃料在该重叠处冷却，就将激光器的行程改变至照射设在支座通道中的吸气器材料部分。
冷却站703同时降压并且将已经密封的装置输入其中。使所述器件的温度非常缓慢地上升，以便尽可能减小热碎裂的风险。随着温度的缓慢下降，使空气缓慢进入，从而所制成的器件可以移出到周围环境中。
下面参见图36，其中画出了一种用于高容量自动加工的替代密封设备。在该设备的输入端，设有一对舱801、802，其中分别装载有面板和阴极的盒803、804。所述舱内部设有加热器805和真空泵(未画出)。所述舱与具有自动机械臂807的输入自动控制站806相连接。在自动控制站806的周围设有两个清洁站808、809。各具有其自身的真空泵810。它们配有电子的和/或离子的辐射源811、812，前者可以是本发明的发射器件，后者例如可以是惰性气体等离子体辐射源。
自动机械臂用以将面板和阴极813、814从其舱中卸下以便在站808、809中加以清洁。此处在真空状态下照射面板以特别对荧光材料去气，以确保它在使用过程中不会再释放气体。类似地，照射阴极以特别去除附着在发射体尖端的分子。然后将已清洁的器件装入密封站815，其中密封站815与前一实施例中的站702基本相同。其下游是输出自动站816，用以将已密封好的显示器从站815中取出，并将其装在输出舱817的盒(未画出)中。它具有温度和压力控制装置，以使所制成的显示器缓慢恢复到环境温度。
根据舱中的盒是空的和装满的，所述舱可以从自动站上拆卸。
所述设备基本上是标准件，从而清洁站和密封站可以根据需要制成相同，以避免对整个设备加工速度的最低速度限制。
权利要求
1．一种密封可视显示器的方法，该可视显示器包括至少一个场致发射器件，在其基片上包括一发射层；一玻璃面板，载有可激励的荧光材料；和可熔融密封材料，用于将所述面板周边密封至所述发射器件上，从而使所述面板与所述发射层平行隔开，该方法包括如下步骤对显示器抽真空，以便抽空发射层与面板之间的空间；并且照射面板的外围区域以熔化密封材料，从而将面板密封式地固定至发射器件上。
2．如权利要求1所述的密封方法，包括继开始抽真空之后使所述面板与发射器件逐个象素对准的步骤，并且最好采用自动机械操作。
3．如权利要求1或权利要求2所述的密封方法，其中发射器件支承在一支座上，并且该方法包括将所述发射器件初步密封在该支座上的步骤。
4．如权利要求3所述的密封方法，其中支座支承多个发射器件，而且该方法包括如下步骤将发射器件按象素线对准定位，并且在密封之前临时性地将发射器件相对于支座固定，优选通过在发射器件与支座外围部分之间的楔子来进行。
5．如权利要求3或权利要求4所述的密封方法，其中发射器件通过焊接固封在支座上，而且该发射器件和支座被加热以熔化焊料，然后冷却以使其固化，冷却的进行优选通过对真空室进行抽空，从真空室的一个开口导出气流流至焊接点以进行冷却。
6．如权利要求5所述的密封方法，其中支座和发射器件在装入真空室之前被加热至焊料的熔点之上以进行焊接。
7．如前述任一权利要求所述的密封方法，其中照射是通过以一照射源沿密封材料横向移动来进行的，而该横向移动是通过移动照射源或面板和发射器件或者两者都移动来实现的。
8．如权利要求7所述的密封方法，其中于横向移动之前，在可熔融密封材料周围的间隔处进行照射以对面板点焊定位。
9．如权利要求1所述的密封方法，其中密封材料是可熔玻璃料，所述照射步骤采用激光进行。
10．如权利要求9所述的密封方法，在该照射步骤中采用多个激光器，依次设置以确保全部熔化玻璃料，和/或在相对位置设置以快速横移。
11．如权利要求9或权利要求10所述的密封方法，其中至少在抽真空步骤的最后部分同时进行照射步骤，特别是在玻璃料被成形为能桥接在由面板与发射器件的发射层之间隔片高度所确定的面板/支座间隙上的情况下。
12．如权利要求1至8中任一所述的密封方法，其中密封材料在紫外光下可熔融，照射步骤由紫外光源进行，最好采用一个掩模来限制照射，使得仅仅照射粘合剂。
13．如权利要求12所述的密封方法，其中在与面板贴合的一个表面上以及在与支座或发射器件接触的一相对表面上利用紫外可固化粘合剂设置一外围玻璃壁，并且使照射熔化此二表面上的粘合剂。
14．如前述任一权利要求所述的密封方法，其中抽空和照射步骤在与使面板定位的相同站中进行。
15．如权利要求1至13中任一所述的密封方法，其中抽空和照射步骤在依次的台站中进行。
16．如前述任一权利要求所述的密封方法，包括通过以一或多个电子束和/或离子流照射面板和/或发射器件，以对其进行予清洁。
17．如权利要求16所述的密封方法，其中清洁在局部或完全真空下进行。
18．如权利要求16所述的密封方法，其中清洁在空气中进行。
19．如权利要求16、权利要求17或权利要求18所述的密封方法，其中清洁利用一场效应发射器件进行。
20．如前述任一权利要求所述的密封方法，包括对用于显示器最后抽空的可激活吸气器进行照射的步骤。
21．如权利要求20所述的密封方法，其中吸气器的照射是通过激光进行的。
22．一种用于密封可视显示器的设备，其中的可视显示器具有一个基片上带有发射层的场致发射器件和一个带有可激励荧光材料的面板，该设备包括一真空室，最好包括其自身的抽气泵；在真空室中用于支承逐个象素对准并置的所述场致发射器件和面板的装置；和一照射装置，用以照射设在所述发射器件或面板上的密封材料，从而熔化该材料以密封所述可视显示器。
23．如权利要求22所述的密封设备，其中照射装置安装在真空室的内部。
24．如权利要求22所述的密封设备，其中照射装置安装在真空室的外部，并且真空室上设有可以透过所述照射的窗口。
25．如权利要求22、权利要求23或权利要求24所述的密封设备，其中的照射装置是激光器。
26．如权利要求22、权利要求23或权利要求24所述的密封设备，其中的照射装置是紫外光源。
27．如权利要求22至26中任一所述的密封设备，其中支承装置包括一控制器，用于操纵场致发射器件和面板之一彼此逐个象素地相互对准，并且该设备包括用于测量发射器件与面板相对位置的装置，从而控制器可以使其成逐个象素地对准。
28．如权利要求22至27中任一所述的密封设备，包括加热器，用于在照射之前加热发射器件和面板。
29．如从属于权利要求24的权利要求28或者从属于权利要求24的权利要求25至27中任一所述的密封设备，其中真空室中的至少部分加热器设置在用以使照射进入真空室的窗口之外。
30．如权利要求29所述的密封设备，其中所述设置在窗口之外的加热器如此设置在一个框架上，使其可以摆动，最好是围绕铰链摆动，以避开所述窗口让照射装置暴露。
31．如权利要求22至30中任一所述的密封设备，包括一个带有加热器的预热和初始抽空室，一抽气泵，和用于将发射器件和面板输送至真空室的装置。
32．如权利要求31所述的密封设备，其中所述输送装置用以将发射器件组装在一支座上输送。
33．如权利要求32所述的密封设备，其中予抽空室的加热器适于将发射器件和支座加热至足以熔化焊料的温度，并且抽空装置适于将所抽出的气流导向焊料区以使其在熔化后冷却。
34．如权利要求33所述的密封设备，包括用于将发射器件相对于其焊接用的支座控制在所需相对位置的装置。
35．如权利要求22至34中任一所述的密封设备，包括一个冷却室，设有用于控制对可视显示器冷却的装置和用于将可视显示器从真空室中输送出去的装置。
36．如权利要求22至35中任一所述的密封设备，包括一自动机械式输入站和适于与之连接的可拆卸的输入舱，可拆卸输入舱用于装载多个发射器件和面板，它们最好是可拆卸地安装在输入舱中的盒中，自动机械式输入站用以将发射器件和面板从输入舱中卸下以便在该密封设备中加工。
37．如权利要求36所述的密封设备，其中可拆卸输入舱包括用以对其加热和/或抽空的装置。
38．如权利要求22至37中任一所述的密封设备，包括一个带有可拆卸输出舱的自动机械式输出站，该自动机械式输出站用以从真空室中移出已密封好的显示器并将其装载至输出舱中，输出舱具有可控制地将已密封好的显示器恢复至环境气压和温度的装置。
全文摘要
一种用于封接面板(753)和阴极(754)的设备,具有三个站(701、702、703)。第一站(701)为预加热器,第二站(702)为对准和照射站,而第三站(703)为受控冷却站。在各站之下,设有一个能抽至极低压力的真空泵(710)。预加热器配有上下排的辐射加热器和反射器(712)。上加热器设在构成该站的真空室(714)的石英窗口(713)之上。在打开预热器与对准和照射站之间的门阀并输送面板和阴极之前,预热器中的压强被降低至对准和照射站中的压强。在对准和照射站上设有另外的加热器(716)。面板和阴极(面板在最上方)之上的加热器安装在围绕铰链(718)的支架(717)上,使得它们可以摆动避开此站的顶部石英窗口,而将面板暴露于光学系统(719)和激光器(720)的视场中。设有操作控制器(722)用于将面板位置控制成与阴极象素对准,由光学系统(719)加以测量。激光器围绕面板和发射器件之间的玻璃料横移,以便玻璃料熔化以接触面板和发射器件,并且在激光器移远之后冷却下来:冷却站(703)同时被降压,并且将已密封好的器件输入其中。使所述器件的温度非常缓慢地上升,以便尽可能减小热碎裂的风险。随着温度的缓慢下降,使空气缓慢进入,从而可以将所制成的器件移出到周围环境中。
文档编号H01J31/12GK1306670SQ98809776
公开日2001年8月1日 申请日期1998年10月1日 优先权日1997年10月1日
发明者安瑟尼·J·库珀, 弗劳德·博瑟文 申请人:全显示解法有限公司