CN1720204A - 间隔片与玻璃基片之间的连接材料 - Google Patents

Abstract

在至少一个陶瓷或玻璃基间隔片(20)与玻璃基片之间的本发明连接材料(30)，其特征在于它含有与至少一种呈微粒状的金属氧化物混合的珐琅。

Description

间隔片与玻璃基片之间的连接材料

本发明涉及一种在至少一个陶瓷或玻璃基间隔片与玻璃基片之间的连接材料。

在例如制造发射平板荧光屏，例如场发射荧光屏(FED)时，使用与玻璃基片连接的间隔片，这些荧光屏由两种基片构成，使用所述的间隔片将两种基片之间保持一个有限厚度的空间。

FED荧光屏包括一个阴极和一个阳极，它们由两个构成面的平面玻璃基片构成。在其阴极上沉积电子发射元件，例如像金属微点或碳纳米管，而在其阳极上主要沉积发射相应于绿、红和蓝色光的发射体材料。借助在这个阴极与置于同一基片上的称之“栅电极”的电极之间施加的输出电压从这个阴极输出电子。这时，施加在阳极与阴极之间的电压所产生的电场可使阴极发射的这些电子加速。它们到达阳极的发射体，其发射体受激后发出其颜色，产生一种图像。适当确定的间隔(典型地，0.1-5mm)将两个彼此封接的基片分开，这种抽真空的间隔称之间隙。由于两个基片之间为真空，所以与外部的压差产生一个易于使这些基片破裂的力。另外，为了能抗住大气压力而不使荧光屏内爆，在两个基片之间置于一些间隔件，它们是能够将两个玻璃基片之间保持一定距离的间隔片。

使用与至少一个玻璃基片连接的间隔片当然不限于这种FED荧光屏的应用，还可以考虑需要保持两个基片之间间隔恒定不变的其它应用。例如像等离子体荧光屏、平面灯、真空双玻璃板或热变色玻璃板。术语平面灯应该理解是包括在至少一部分灯表面有曲率的一些灯，并不管这些灯的制造工艺如何。

一般而言，这种应用在于这些间隔片用于构成两个基片之间的间隔件，分离件。

间隔片与玻璃基片的连接可以有许多不同的方式。

提出的一种解决办法是US6042445描述的方法，在这个文件中，采用真空沉积类的已知沉积技术在间隔片端涂敷一种金属材料，并且还采用真空沉积类的已知技术往这种基片再涂金属涂层。使用的金属材料优选地是金，但也可以选自铝、铜或镍。把涂敷金属的间隔片贴到金属化基片上，而例如激光之类的热源朝向其整体，以保证两个金属化元件的焊接。

US5561343提出了另外一种解决办法，即采用超声波粘结方法。这个文件表明，间隔片端有一种金属，其中包括能承受采用超声波焊接的金或铝，并且这种基片包括金属化区域，将这些间隔片端贴到这些区域上。借助由适当设备提供的超声波达到这种焊接。

然而，这些金属化操作有时难以实施和/或成本很高，并且可能需要简单粘结的补充步骤，因此反过来始终要求改善这些操作的生产成本。

另外，在发射荧光屏的应用中，特别是FED荧光屏的应用中，其中在阴极与阳极之间进行电荷交换以激活发光体，可能在间隔片表面出现一些电荷，而这些电荷会对与激活发光体相邻的还不需要激活的发光体产生不利的影响。

此外，对于这类发射荧光屏的应用，合适的是提供一些粘结工具和任选地一种粘结方法，它们能保证间隔片有效定位，从而它们能保证持久的机械稳定性，荧光屏也不会发生内爆。

另外，涉及生产一种在所述间隔片布置之后与根据所述间隔片布置安排这些发光体的荧光屏时，这些间隔片按照与基片平面极好垂直的方向，并且所有间隔片在整个基片上重复地定位在所要求的地方也是重要的。

因此，本发明的目的是提出一些连接工具，它们没有前述的缺陷，还能保证间隔片适当定位以及保证在这种间隔片表面上出现电荷的消除功能，以阻止产生不合适宜地激活发光体的干扰电荷。

借助一种连接材料可实现本发明，该材料的特征在于它含有一种与至少一种呈微粒状金属氧化物混合的珐琅。有利地，这种金属氧化物随时间推移，与在直到600℃的温度下是稳定的。它含有一种或多种下述元素：Zr、V、Al、Cr、Mn、Fe、Ca、Si、Co、Ni、Zn、Ti、Ni、Nb、W、Sb、Pb、Sn、Cu、Ru、Ir。优选地，涉及氧化钌。

根据一个特征，这种材料的电阻率是10⁵-10¹⁰Ω.cm。

根据另一个特征，这种材料含有至少一种溶剂和树脂。更有利地，这种材料在室温下的粘度至多等于50Pa.s。

本发明的材料能够制造一种结构，其中包括使用间隔片使其保持间隔的两个玻璃基片，这些间隔片可借助所述的连接材料通过其中一端与至少一个基片连接。

根据这样一种结构特征，往对着另一基片的间隔片相反端涂敷至少一种联结材料，这种材料可以包括这种连接材料。有利地，这种连接材料可以构成一种能将间隔片端部与基片之间的高度差填平的工具。

在这样一种结构中，这些间隔片是导电的或非导电的。

有利地，与间隔片的电阻相比，间隔片与基片之间的连接材料接触电阻是可忽略不计的。

使用本发明的材料将间隔片与玻璃基片连接起来的方法特征在于，这些间隔片保持在固定的位置，并且在其中一端上覆盖该连接材料，再让这种玻璃基片靠住已覆盖连接材料的所述间隔片端，然后，这个结构、基片和间隔片整体进行退火。将至多为600℃的温度规定为退火温度。

有利地，如前面所说明的，装配到基片上的间隔片的相反端覆盖联结材料，另外的基片靠住这些间隔片的所述相反端，然后，两种基片和这些间隔片整体进行最后的退火。

在该方法的一种方案中，这些间隔片在其一端和/或另一端上覆盖连接材料，这些间隔片在其与基片组合之前进行退火。

最后，本发明的材料可以用于生产等离子体荧光屏或FED荧光屏类的发射荧光屏，平面灯、真空隔热玻璃板、热变色玻璃板。

参照附图阅读下面的说明书将体会到本发明的其它特征与优点：

-图1说明了基片与间隔片之间的连接材料；

-图2说明了测量连接材料电阻率的设备；

-图3表明其它基片与其组合的图1结构。

为便于理解，这些图没有按照比例绘制。

图1说明了基片10，借助连接材料30将间隔片20粘接在其基片上。

基片10是用玻璃制成的，在粘结间隔片的一侧有平的表面。

这些间隔片20是玻璃或陶瓷基的，它们是导电的或非导电的，可能具有不同的形状，其形状截面主要是圆的、矩形的或呈十字架形状。

它们通过其中一端21与基片10连接。

连接材料30处在适当的位置并保证其粘结功能时可均匀地覆盖间隔片端21。在FED荧光屏的应用中它的厚度是约1-100μm。

连接材料30含有一种与至少一种导电元素，特别地呈微粒形式的金属氧化物混合的珐琅。

这种珐琅是玻璃基的，其组成选自玻璃工业中通常使用的封接玻璃配料组成。这种封接涉及在温度至多600℃下加热。对于在发射荧光屏中的应用，封接温度优选地是400-550℃。在其它的应用中，例如对于作为真空类绝热玻璃板间隔件的间隔片连接，可能会涉及更低的温度约200℃，这些温度于是有可能省去玻璃板退火和/或降低封接成本。

这些金属氧化物微粒可保证这种连接材料是导电的，其结果这种材料还可以保证其粘结作用，一种消除或许在间隔片表面上电荷的功能。

这种材料应该是充分导电的，这样可消除所述的电荷。但是，它的电阻率还应该足够的高，这样可避免干扰发射作用。例如，只是在阴极与阳极之间施加一个电压而不提供消除电压时，在场发射荧光屏中证明有这种干扰发射。在这些条件下，这种阴极不发射电子。但是，由于在阴极与阳极之间施加电压所产生的电场，从导电连接材料输出一些电子，并不合适宜地激发这些发光体，这样构成一种在间隔片周围都观察到的干扰发射。

为了同时消除间隔片的这些电荷和限制其干扰发射的危险性，这种材料的电阻率p是10⁵-10¹⁰Ω.cm。已经进行不同热处理的材料可给出这个值，而这些热处理相应于生产FED类发射荧光屏时这种材料所受到的处理。

在室温下测量了材料试样30的电阻率，这种材料的表面积S，例如1cm²，厚度e，例如15μm。这个试样与两个基片10连接，其基片涂敷一层导电层11(图2)，以便构成可施加电压的两个电极，整个基片和试样进行热处理对于生产发射荧光屏是必不可少的。例如通过改变电压0-200V，测量其电流，从而得到有关试样厚度e和表面积S的电阻值，因此能够得到电阻率p。

在这种连接材料中呈微粒状的金属氧化物在进行退火后严格具有下述性能：

-随着时间推移与在温度下是稳定的，即这种氧化物没有溶于珐琅中，尤其在这种连接材料承受直到600℃的几次退火，特别在真空、空气或惰性气体下直到600℃的几次退火的温度范围内是稳定的，以便耐受间隔片封接在这个基片上的方法，以及耐受例如使用有间隔片的这类基片的发射荧光屏生产方法；

-在间隔片周围没有产生可见的干扰发射。这便是为保证连接材料的导电性性能而优选金属氧化物而不是金属的原因。事实上，本发明人已证明，由于金属的电子输出功低于金属氧化物的电子输出功，这些金属氧化物在电场下输出电子应不太容易，这样还会更加制约出现干扰发射的危险性。

-能够均匀地将这种材料分配到这种珐琅中，以便能够实现消除整个分布连接材料的电荷，也避免了在某些连接材料点的电荷积累，这种积累甚至会使在阳极与阴极分开间隙内存在的电场产生强扰动。这个扰动的电场使这个阴极发射的这些电子变成其理想通道，这样这时能够不合适宜地激活这些发光体。

这些金属氧化物微粒由一种或多种下述元素组成，它们在前面描述的温度下，尤其直到600℃都不溶于珐琅：Zr、V、Al、Cr、Mn、Fe、Ca、Si、Co、Ni、Zn、Ti、Ni、Nb、W、Sb、Pb、Sn、Cu、Ru、Ir。钌氧化物还因其合适的电阻率而是优选的。

这种连接材料因此还具有适合于其在这些间隔片端部21上沉积这种方法的性能。于是，这种材料在室温下的粘度应该低于50Pa.s。能够使用松焦油(例如萜品醇)作为能够控制粘度的溶剂。使用溶剂的比例会影响其粘度。

还应选择一种材料，在进行与粘结方法相关的任何处理，例如在紫外光作用下交联或退火处理之前，从其贴到这些间隔片上起，该材料就具有粘结能力。借助这种连接材料中含有的树脂，例如乙基纤维素，可获得这种粘结能力。这种树脂在第一次退火时就消失了。

我们现在描述借助本发明的粘结材料将间隔片粘贴到基片上的方法，例如为了生产一种具有以间隔片间隔开的基片的结构，像FED荧光屏。

第一步，在开放介质中第一基片与这些间隔片封接，第二步，在封闭介质中进行封接，即已配置间隔片的所述基片与其它元件(例如其它基片(图3))进行密封性地封接。

在第一步过程中，可以采用适当方法将这种连接材料涂敷到这些间隔片端部21，这些端部按照周期网保持在同一平面中；这种基片然后靠住这些间隔片，其整体在真空下于约550℃进行退火操作，从而保证这种粘结牢固，同时采用任何适当的方法除去溶剂和树脂，任选地污染物。在这个阶段除去开放介质中的溶剂和树脂是有效的，因为如果只是一步，因此在封闭介质中封接FED荧光屏的整个结构，则加热这种连接材料所挥发的溶剂和树脂会随着时间推移而集中于两个基片之间的密封介质中，这样会污染荧光屏元件，例如发光体或电子发射元件，从而降低荧光屏的性能。

值得指出的是，例如在尺寸至少基本上等于间隔片分布表面积的板上涂敷一层这种材料时，可以实现在这些间隔片上涂敷这种连接材料。而例如使用有多个夹持爪的设备将这些间隔片保持在适当的位置，如果必要，临时使用轻微的压力将这个涂敷这种材料的板靠到这些间隔片端部，以达到涂敷。变通地，将保持在适当位置这些间隔片的端部置于胶液浴中，进行涂敷。

本发明的材料以其粘结能力在甚至第一次退火之前，将该基片与有这种材料的间隔片结合时，能够保证间隔片保持在适当的位置，不会无意移动。事实上，在使用有间隔片的基片时，定位误差可能会引起不合时宜的运行问题，例如在发射荧光屏中某些发光体不需要的激活。

此外，因其粘度适当，可将这种胶水均匀地分配在这些间隔片端部，这样能够在间隔片端部达到均匀平衡导电，应用于发射荧光屏时，这些电荷通过这种导电而被消除。事实上，若导电无规律性，在一个地方电荷积累产生的这些场力线会使其阴极发射的电子偏离，于是使不需要激活的发光体发光。

第二步，涉及另外的基片40，它对着间隔片另一个自由端22，它任选地覆盖一种联结材料50，例如像本发明的连接材料，一种封接工具(玻璃的玻璃配料或本发明材料)还与在其中一个基片的整个周边上的构架材料组合。根据其用途和对第二个基片施加的压力，通过一次或多次退火，进行整体封接。

有利地，在FED荧光屏的情况下，对于第一步和第二步，正好在将涂敷的连接材料靠到这些间隔片端部之后，而在一个或多个基片与所述的间隔片组合之前进行一次退火，以便除去这些溶剂和树脂。最后，在例如低于500℃的温度下，通过至少一次退火进行荧光屏封接，并且同时对荧光屏内进行抽真空。这样，这种连接材料已软化，并且在对着这些荧光屏外面施加的大气压力的作用下，在间隔片端部21和/或22的这种连接材料被压紧在这个/或这些基片上，于是确保更好的导电联结。

为了达到最佳输出电荷，本发明人已证明，其必要的条件是位于间隔片与基片之间的连接材料的电阻相对于间隔片的电阻应是忽略不计的。忽略不计应当理解是低于至少一个因子10。

为了保证这个特性，本发明人已表明，测量由这些间隔片、这种连接材料和涂敷导电层的这些基片构成的整个结构的电阻，其导电层用于构成电极，并且将这个电阻与间隔片总电阻进行比较，其总电阻是根据它们的数量、几何结构和这种或这些构成材料的电阻率预计或计算的，这样就足够了。通过在这个结构两个基片之间施加一个可变电压并测量其电流，可得到这个结构的电阻。这个结构的测量电阻基本上等于间隔片的预计电阻时，这个接触电阻事实上就可认为是忽略不计的。

使用这种连接材料作为间隔片与基片的连接工具时，可得到一个补充的优点，允许使用其尺寸明显小于所需大小并且相应于例如两个基片间隔的间隔片。事实上，如果达到几个间隔片在其生产出口有低于期望尺寸的高度，它们可以完全同样用作间隔件，因为间隔片与两个基片组合时，这种材料将会弥补高度间隙。

值得指出的是，可以预料在需要将两个基片之间的间隔保持恒定的任何应用中都能使用由本发明连接材料粘结的间隔片。作为非限制性实例，这些应用可以是场发射荧光屏、等离子体荧光屏、平面灯、真空双层玻璃板或热变色玻璃板。

Claims (17)

1.在至少一个陶瓷或玻璃基间隔片(20)与玻璃基片(10)之间的连接材料(30)，其特征在于它含有一种与至少一种呈微粒状的金属氧化物混合的珐琅。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于它的电阻率是10⁵-10¹⁰Ω.cm。

3.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于这些金属氧化物微粒随着时间推移，在直到至多600℃的温度下是稳定的。

4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的材料，其特征在于这些金属氧化物微粒由一种或多种下述元素组成：Zr、V、Al、Cr、Mn、Fe、Ca、Si、Co、Ni、Zn、Ti、Ni、Nb、W、Sb、Pb、Sn、Cu、Ru、Ir。

5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的材料，其特征在于这种金属氧化物是氧化钌。

6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的材料，其特征在于它的粘度至多等于50Pa.s。

7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的材料，其特征在于它含有至少一种溶剂和树脂。

8.结构，它包括使用间隔片(20)保持间隔的两个玻璃基片(10，40)，这些间隔片借助根据上述权利要求中任一项权利要求所述的连接材料(30)通过其中一端(21)与至少一个基片(10)连接。

9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于这些间隔片的相反端(22)靠到另外的基片(40)上，该端(22)涂敷至少一种联结材料(50)。

10.根据权利要求9所述的结构，其特征在于这种联结材料(50)包括连接材料(30)。

11.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的结构，其特征在于这种连接材料(30)构成了一种将间隔片端与基片之间高度差填平的工具。

12.根据权利要求8-11中任一项权利要求所述的结构，其特征在于这些间隔片是导电的或非导电的。

13.根据上述权利要求8-12中任一项权利要求所述的结构，其特征在于与间隔片电阻相比，位于间隔片与基片之间的连接材料接触电阻是可忽略不计的。

14.使用根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的连接材料将间隔片(20)与玻璃基片(10)连接起来的方法，其特征在于这些间隔片(20)保持在固定位置，并且在其中一端(21)覆盖连接材料(30)，而该玻璃基片(10)靠到覆盖连接材料的所述间隔片端(21)，这个结构、基片和间隔片整体再进行退火。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于与基片装配在一起的间隔片(20)相反端(22)覆盖联结材料(50)，另一个基片(40)靠到所述间隔片端(22)，然后两个基片和间隔片整体进行退火。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于在其中一端和/或另一端(21，22)上涂敷连接材料(30)的这些间隔片(20)在与基片组合之前进行退火。

17.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的连接材料在生产等离子体荧光屏或FED荧光屏类的发射荧光屏、平面灯、真空绝热玻璃板、热变色玻璃板中的应用。

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