JP2004087399A - 外囲器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気密を好適に維持でき、かつ壊れにくい外囲器を提供する。
【解決手段】第１の基板と、第１の基板と対向する第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器であって、第１の基板と前記枠との間は低融点金属で接合されており、第１の基板または枠が、前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有しており、第１の領域では第２の領域よりも低融点金属との気密維持性が高い材料が前記低融点金属と接しており、第２の領域では第１の領域よりも低融点金属との結合力の高い材料が低融点金属と接していることを特徴とする。この外囲器の製造方法。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部を気密に維持する外囲器及びその製造方法に関する。この外囲器は画像形成装置に好適に用いることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子としては熱電子源と冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には電界放出型素子（以下ＦＥ型素子と略す）、金属／絶縁層／金属型素子（以下ＭＩＭ素子と略す）、表面伝導型電子放出素子（以下ＳＣＥ素子と略す）等がある。
【０００３】
これら技術について本出願人による先行技術の一部を紹介すると、
インクジェット形成方式による素子作成に関しては特開平０９−１０２２７１号公報や特開２０００−２５１６６５号公報に、
これらの素子をＸＹマトリクス形状に配置した例が、特開昭６４−０３１３３２号公報、特開平０７−３２６３１１号公報に詳述されている。
更には配線形成方法に関しては特開平０８−１８５８１８号公報や、特開平０９−０５０７５７号公報に、
駆動方法については特開平０６−３４２６３６号公報等に詳述されている。
【０００４】
また、従来、内部を真空維持する外囲器を製造する際には、ガラス部材の間にシール材であるフリットガラスを塗布または載置して、電気炉等の封着炉に入れ、またはホットプレートヒータに載せ（上下からホットプレートヒータで挟む場合もある）、外囲器全体を封着温度に加熱して、封着部分のガラス部材を封着ガラスで融着する封着方法が取られている。外囲器の製造方法の一例が特開平１１−１３５０１８号公報に記載されている。
【０００５】
また特開２００１−２１０２５８号公報には低融点金属を用いて封着を行う平面型画像表示装置が開示されている。また低融点金属材料の保持手段として、封着面に形成された低融点金属材料と親和性の高い材料を用いることを開示している。
【０００６】
また、電子源を用いた平面型画像表示装置は、冷陰極電子放出素子等を安定に長時間動作させるために、超高真空を必要とするため、複数の電子放出素子を有する基板とこれに対向する位置に蛍光体を有する基板を枠を挟んでフリットガラスにより封着され、放出ガスを吸着して真空維持するゲッタが具備されている。
【０００７】
上述のゲッタには蒸着型と非蒸発型があり、蒸着型ゲッタはＢａ等を主成分とする合金を、真空ガラス外囲器内で通電あるいは高周波により加熱し、容器内壁に蒸着膜を形成（ゲッタフラッシュ）し、活性なゲッタ金属面により内部で発生したガスを吸着して高真空を維持している。
【０００８】
一方、非蒸発型ゲッタは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ、Ａｌ，Ｆｅ等のゲッタ材を配置し、真空中で加熱して、ガス吸着特性を得る「ゲッタ活性化」を行うことにより、放出ガスを吸着することができる。
【０００９】
一般に、平面型画像表示装置は、薄いために真空を維持する蒸着型ゲッタの設置領域や瞬時放電のためのフラッシュ領域が十分確保できず、画像表示エリア外の支持枠近傍にそれらを設置している。よって、画像表示の中央部とゲッタ設置領域とのコンダクタンスが小さくなり、電子放出素子や蛍光体の中央部での実効排気速度が小さくなってしまう。電子源と画像表示部材を有する画像表示装置において、好ましくないガスを発生させる部分は、主に電子ビームにより照射される画像表示領域である。そのため、蛍光体及び電子源を高真空で保持したい場合には、放出ガスの発生源である蛍光体や電子源近傍に非蒸発型ゲッタを配置する必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、気密を好適に維持することができ、かつ壊れにくい外囲器を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らによる検討の結果、フェースプレートと、フェースプレートと対向して配置されたリアプレートと、フェースプレートと前記リアプレートとの間にあって周囲を包囲する外枠とを有し、外枠とフェースプレート、および外枠とリアプレートをそれぞれ接合する接合部の少なくとも一方は低融点金属材料からなる外囲器において、この接合部が、低融点金属材料とフェースプレートもしくは外枠の母材と直接接合されている部位と、フェースプレートもしくは外枠の母材上に形成されている下地材料と接合されている部位とを持つ外囲器が、壊れにくく気密を好適に維持できるという知見を得た。本発明は、この知見に基づいて完成されたものである。
【００１２】
本発明により、第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器であって、
前記第１の基板と前記枠との間は低融点金属で接合されており、
前記第１の基板は、前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有しており、
該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高い材料が前記低融点金属と接しており、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力の高い材料が前記低融点金属と接していることを特徴とする外囲器が提供される。
【００１３】
本発明により、第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器であって、
前記第１の基板と前記枠との間は低融点金属で接合されており、
前記枠は、前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有しており、
該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高い材料が前記低融点金属と接しており、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力の高い材料が前記低融点金属と接していることを特徴とする外囲器が提供される。
【００１４】
本発明により、第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器の製造方法であって、
前記第１の基板と前記枠とを低融点金属で接合する接合工程を有し、
該接合工程において、前記第１の基板として、
前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有し、該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高く、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力が高い基板を用いることを特徴とする外囲器の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明により、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器の製造方法であって、
前記第１の基板と前記枠とを低融点金属で接合する接合工程を有し、
該接合工程において、前記枠として、
前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有し、該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高く、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力が高い枠を用いることを特徴とする外囲器の製造方法が提供される。
【００１６】
この構成によって、気密を好適に維持できると共に、非接合状態になりにくい外囲器を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に具体的に実施例を示しつつ本発明を説明する。
【００１８】
【実施例】
〔実施例１〕
図１２は外囲器の概略構成例を示す模式図であり、図１は実施例１の外囲器周辺部の概略断面構造を示す模式図である。外囲器９０の周辺部において、低融点金属であるＩｎ膜９３を介して枠である支持枠８６と第１の基板であるフェースプレート８２が接合される。８０は電子放出素子が多数配置された電子源基板を指し、電子源基板８０を片面に持つ８１はガラス基板であって、第２の基板であるリアプレートである。８２はガラス基板８３の内面に蛍光膜とメタルバックが形成されたフェースプレートである。フェースプレート８２、リアプレート８１間に、スペーサー２０５と呼ばれる支持体を設置することにより、大面積パネルの場合にも大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器９０を構成することができる。スペーサー２０５と支持枠８６はリアプレート８１にフリットガラス２０３によって接着され、４００〜５００℃で、１０分以上焼成することで固定されている。フリットガラス２０３によってリアプレート８１に接着された支持枠８６の高さに比べて、スペーサー２０５の高さが僅かに高くなるよう、それぞれの高さ形状を設定することで、接合後のＩｎ膜９３の厚みが決まるようになっている。よって、スペーサー２０５は、Ｉｎ膜９３の厚み規定部材としても機能している。支持枠８６とフェースプレート８２はＩｎ膜９３で接着される。Ｉｎ膜９３は、高温でもガス放出が少なく、低温の融点を持つために金属Ｉｎを用いている。ここで本発明でいう低融点金属とは融点が３００度以下の金属（合金を含む）のことを言う。特には２００度以下の融点を持つ金属が好ましい。この低融点金属としてはＩｎやＳｎを用いることができる。またＩｎもしくはＳｎを含む合金を用いることができる。より具体的には該合金としては、Ｉｎを含むＩｎ−Ａｇ、Ｉｎ−Ｓｎを好適に用いることができる。金属（合金を含む）を接合部材として用いた場合、溶媒やバインダを含んでいないため、融点で溶け出した時の放出ガスは非常に少ないので接合部材として望ましい。支持枠８６及びフェースプレート８２には、界面での密着性を高めるために下引き層２０４ａ，ｂを設ける。本実施例では、金属Ｉｎと濡れ性の良い銀を用いている。銀の下引き層２０４ａ，ｂは、銀ペーストをスクリーン印刷などにより容易にパターニングして形成することが可能である。封着する際、上側になる基板、本実施例の場合第１の基板であるフェースプレート８２の第１の領域である下引き層２０４ｂは中央部には形成しない。ここで説明する実施形態においては、下引き層２０４が形成されていない中央部（すなわち基板の母材が剥き出しになっている領域）が第２の領域である下引き層２０４ａ，ｂとしては、銀の他にもＩＴＯやＰｔなど真空蒸着法により簡単に形成できる金属薄膜を用いることもできる。フェースプレート８２とリアプレート８１を接合する、すなわち封着する前に予めＩｎ膜９３をパターニング形成する。図１６で、リアプレート８１に接着された支持枠８６上にＩｎ膜９３を形成する方法を説明する。まず、支持枠８６は、融けたＩｎの濡れ性を上げるために充分な温度で温められた状態で保持される。１００℃以上の温度であれば充分である。下引き層２０４で用いられた銀ペーストは、ガラス密着性が高いものの内部に気孔を多く含んだポーラスな膜である。このような場合には、真空リーク防止のために、融けたＩｎを充分に下引き層２０４内部に含浸させることが好ましく、このために融点以上の高い温度で融けたＩｎを超音波半田ゴテ１２０５により下引き層２０４に半田付けして、Ｉｎ膜９３を形成する。融点以上の温度で融けている液体Ｉｎであれば充分である。金属Ｉｎは、常に半田ゴテ先端に供給されるよう、不図示のＩｎ補給手段によって接合箇所に随時補充されている。また、Ｉｎ膜９３の膜厚は、接合後のＩｎ膜９３の厚みと比較して、充分に厚くなるよう数十μｍ〜１ｍｍ程度に、超音波半田ゴテ１２０５の移動スピードとＩｎの供給量を調節してある。本実施例では、封着後のＩｎ膜９３の厚みが３００μｍ、支持枠８６に５００μｍの膜厚でＩｎ膜を半田付けした。
【００１９】
支持枠８６に、図１６で示した形成法によりＩｎ膜９３を形成した後、図１７で示した封着方法により外囲器９０を形成する。対向させたフェースプレート８２とリアプレート８１の間に一定の間隔を設けた状態で、両基板を保持し真空加熱する。基板からガスが放出され、その後室温に戻った時に外囲器９０内部が充分な真空度となるよう、３００℃以上の高温で基板真空ベークを行う。この時点で、Ｉｎ膜９３は融けた状態であり、融けたＩｎが流れ出さないようリアプレート８１基板は１ｍｍ／１ｍ以下の充分な水準出しを行っている。真空ベークの後、Ｉｎの融点近傍まで温度を下げた上で、位置決め装置２００により、フェースプレート８２とリアプレート８１との間隔を徐々に縮めていき、両基板の接合、すなわち封着を行う。融点近傍まで温度を下げるのは、融けた状態の液体Ｉｎの流動性を抑えて、接合時に不要な流れやはみ出しを防止するためである。
【００２０】
ここで、フェースプレート８２とリアプレート８１それぞれに形成されたＩｎ膜９３の接合界面の状態について説明する。図１６で説明した形成方法によって形成したＩｎ膜９３の表面には表面酸化膜が形成されている。酸化膜の融点は高温（８００℃以上）で、かつ結晶性の固体に留まるために封着時にそれぞれの表面形状を保持する恐れがある。すなわち、酸化膜界面としてＩｎ膜中に残るために、真空リークの原因となるリークパスとなる恐れが存在する。実際には、酸化膜の厚みが薄いために接合時に容易に酸化膜が応力により破れて、内部から液体Ｉｎが染み出し対流するために、残った酸化物が問題になることは少ない。しかし、Ｉｎ膜形成時に、局所的に厚い酸化膜ができたり、充分なＩｎ膜９３の厚みがない箇所ではリークパスになる恐れがある。また、Ｉｎ膜自身の膜厚分布が生じ、充分なＩｎ膜９３の厚みがない箇所ではリークパスになる恐れがある。
【００２１】
本実施例では、Ｉｎ膜９３の膜厚分布を少なくするためにフェースプレート８２側にはＩｎ膜を形成せず、枠８６上に形成したＩｎ膜９３は少なくとも封着前の溶融状態になっているときにレべリングされる。
【００２２】
基板の母材と直接Ｉｎが接合した部位は下引き層２０４ｂとＩｎが接合した部位より接合力がある。また、気密性は下引き層２０４ｂとＩｎが接合した部位の方が基板の母材とＩｎが接合した部位より優れている。
【００２３】
なお、この発明で言う気密維持性の相対的な差は、低融点金属と第１の領域（この実施形態では基板の母材上に銀の下引き層を形成したもの）のみで接合部を構成した第１の外囲器と、低融点金属と第２の領域（基板の母材；他の条件は第１の外囲器と同一）のみで接合部を構成した第２の外囲器とを用意し、それぞれの外囲器に穴をあけＨｅリークディテクタにつなぎ、外囲器周辺にＨｅガスを吹きかけ、Ｈｅリークディテクタの検出値の多少によって確認することができる。
【００２４】
またこの発明で言う結合力の相対的な差は、第１の領域（この実施形態では基板の母材上に銀の下引き層を形成したもの）を表面に持つ第１の部材と、第２の領域（この実施形態では基板の母材）を表面に持つ第２の部材を準備し、その間に低融点金属を配置して接合する。この接合した２つの部材を引張り試験機にかけ、どちらの界面が剥がれやすいかで確認することができる。第１の部材（第１の領域）と低融点金属との界面のほうが、第２の部材（第２の領域）と低融点金属との界面よりも剥がれ易ければ（互いに引き離された第１の部材と第２の部材において低融点金属が第２の部材側に残りやすければ）、第１の領域のほうが第２の領域よりも低融点金属との結合力が弱いといえる。
【００２５】
また、前述したように酸化膜は、結晶性の固体であるもののバルクに比して非常に薄いものである。液体Ｉｎの状態で加わる圧力に対して、接合時に下引き層２０４ｂの段差部で生じる力は、酸化膜を破るに充分な力となる。接合面全面で表面酸化膜が破れずとも、局所的に酸化膜が失われれば、そこを起点として液体Ｉｎが対流し酸化膜が接合面から余分な量の液体Ｉｎと一緒に周辺部に流れ出し、接合面に酸化膜を排除する効果がある。本実施形態では、下引き層２０４ｂが形成されている第１の領域と下引き層２０４ｂが形成されていない第２の領域との間に段差を設けることにより、リーク発生の確率をさらに小さくしている。
【００２６】
次に、本実施例で作成した、外囲器を有する画像形成装置の各構成要素の形成プロセスについて、以下に説明する。まず、リアプレートの電子源基板面に、電子放出素子として図１５に示すタイプの電子放出素子を作成した。図１５（ａ）は本素子の平面図を、図１５（ｂ）は断面図を示している。
【００２７】
この素子は、表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成である前述のＭ．ハートウェルの素子構成を有する。
【００２８】
図１５において１はガラス等からなる基板であり、その大きさおよびその厚みは、その上に設置される電子放出素子の個数、および個々の素子の設計形状、および電子源の使用時に容器の一部を構成する場合には、その容器を真空に保持するための耐大気圧構造等の力学的条件等に依存して適宜設定される。
【００２９】
ガラスの材質としては、廉価な青板ガラスを使う事が一般的であるが、この上にナトリウムブロック層として、例えば厚さ０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板等を用いることが好ましい。この他にナトリウムが少ないガラスや、石英基板でも作成可能である。本実施例ではプラズマディスプレイ用電気ガラスであるアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（商品名、旭硝子（株）社製）の材料を用いている。
【００３０】
また素子電極２、３の材料としては、一般的な導体材料が用いることができ、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ等の金属やＰｄ−Ａｇ等の金属が好適であり、あるいは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体や、ＩＴＯ等の透明導電体等から適宜選択され、その膜厚は、好ましくは数百Åから数μｍの範囲が好ましい。
【００３１】
この時の素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、素子電極２、３の形状等は、実素子が応用される形態等に応じて適宜設計されるが、間隔Ｌは好ましくは数千Åから１ｍｍであり、より好ましくは素子電極間に印加する電圧等を考慮して１μｍから１００μｍの範囲である。また、素子電極長さＷは、好ましくは電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲である。
【００３２】
さらにこの素子電極は、市販の白金Ｐｔ等の金属粒子を含有したペーストを、オフセット印刷等の印刷法によって塗布形成する事も可能である。
【００３３】
またより精密なパターンを得る目的で、白金Ｐｔ等を含有する感光性ペーストを、スクリーン印刷等の印刷法で塗布し、フォトマスクを用いて露光、現像するという工程でも形成可能である。
【００３４】
この後、素子電極２、３を跨ぐ形で、電子源となる導電性薄膜４を作成する。
【００３５】
導電性薄膜としては、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜が特に好ましい。またその膜厚は、素子電極２、３へのステップカバレージ、素子電極間の抵抗値、および後述するフォーミング処理条件等を考慮して適宜設定されるが、好ましくは数Åから数千Åであり、特に好ましくは１０Åから５００Åの範囲とするのが良い。
【００３６】
本出願人らの研究によると導電性膜材料には、一般にはパラジウムＰｄが適しているが、これに限ったものではない。また成膜形成方法も、スパッタ法、溶液塗布後に焼成する方法などが適宜用いられる。
【００３７】
ここでは有機パラジウム溶液を塗付後、焼成して酸化パラジウムＰｄＯ膜を形成する方法を選んだ。その後水素が共存する還元雰囲気下で通電加熱し、パラジウムＰｄ膜とし、同時に亀裂部を形成した。これが電子放出部５を形成することになる。
【００３８】
尚、図示の便宜から、電子放出部５は導電性薄膜４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【００３９】
次に、図２〜図６にマトリクス状に電子放出素子を有する基板の平面図を示す。これらの図において、２１は電子源基板、２２、２３は素子電極、２４はＹ方向配線、２５は絶縁性膜、２６はＸ方向配線、２７は表面伝導型電子放出素子膜であり、電子放出部を形成している。
【００４０】
以下この素子の作成方法を、図２から図６を用いて説明する。
【００４１】
〔ガラス基板　素子電極形成〕
図２で素子電極２２，２３は、ガラス基板２１上に、スパッタ法によってまず下引き層としてチタニウムＴｉ　５ｎｍ、その上に白金Ｐｔ　４０ｎｍを成膜した後、ホトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。
【００４２】
本実施例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μｍ、対応する長さＷ＝１００μｍとした。
【００４３】
〔下配線形成と絶縁膜形成〕
Ｘ配線とＹ配線の配線材料に関しては、多数の表面伝導型素子にほぼ均等な電圧が供給されるように低抵抗である事が望まれ、材料、膜厚、配線巾等が適宜設定される。
【００４４】
図３に示すように、共通配線としてのＹ方向配線（下配線）２４は、素子電極の一方に接して、かつそれらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料には銀Ａｇフォトぺ一ストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成して配線を形成した。
配線の厚さ約１０μ、幅５０μｍである。なお終端部は配線取り出し電極として使うために、線幅をより大きくした。
【００４５】
〔絶縁膜形成〕
上下配線を絶縁するために、層間絶縁層２５を配置する。図４に示すように、絶縁層は後述のＸ配線（上配線）下に、先に形成したＹ配線（下配線）との交差部を覆うように、かつ上配線（Ｘ配線）と素子電極の他方との電気的接続が可能なように、接続部にコンタクトホール２８を開けて形成した。
【００４６】
工程はＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像した。これを４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度で焼成した。この層間絶縁層の厚みは、全体で約３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
【００４７】
〔上配線形成〕
Ｘ方向配線（上配線）２６は、先に形成した絶縁膜２５の上に、Ａｇぺ一ストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様なことを行い２度塗りしてから、４８０℃前後の温度で焼成した。図５に示すように、Ｘ方向配線は、上記絶縁膜を挟んでＹ方向配線（下配線）と交差しており、絶縁膜のコンタクトホール部分で素子電極の他方とも接続されている。
【００４８】
この配線によって他方の素子電極は連結されており、パネル化した後は走査電極として作用する。
【００４９】
このＸ方向配線の厚さは、約１５μｍである。外部駆動回路との引出し配線もこれと同様の方法で形成した。
【００５０】
図示していないが、外部駆動回路への引出し端子もこれと同様の方法で形成した。
【００５１】
このようにしてＸＹマトリクス配線を有する基板が形成された。
【００５２】
〔素子膜形成〕
上記基板を十分にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で表面を処理し、表面が疎水性になるようにした。これはこの後塗布する素子膜形成用の水溶液が、素子電極上に適度な広がりをもって配置されるようにする事が目的である。
【００５３】
用いた撥水剤は、ＤＤＳ（ジメチルジエトキシシラン）溶液をスプレー法にて基板上に散布し、１２０℃にて温風乾燥した。
【００５４】
その後素子電極間にインクジェット塗布方法により、図６に示すように、素子膜２７を形成した。
【００５５】
本工程の模式図を図７に示す。実際の工程では、基板上における個々の素子電極の平面的ばらつきを補償するために、基板上の数箇所に於いてパターンの配置ずれを観測し、観測点間のポイントのずれ量は直線近似して位置補完し、塗付する事によって、全画素の位置ずれをなくして、対応した位置に的確に塗付するように努めた。
【００５６】
本実施例では、素子膜としてパラジウム膜を得る目的で、先ず水８５：イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解し、有機パラジウム含有溶液を得た。この他若干の添加剤を加えた。
【００５７】
この溶液の液滴を、液滴付与手段として、ピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用い、ドット径が６０μｍとなるように調整して電極間に付与した（図７（ｂ））。その後この基板を空気中にて、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍの膜が得られた（図７（ｃ））。
【００５８】
このとき得られた酸化パラジウム膜の平面性、及び均一性が、その後の素子特性に大きく影響する事になる。
【００５９】
以上の工程により、素子部分に酸化パラジウム　ＰｄＯ膜が形成された。
【００６０】
〔還元フォーミング〕
《（図７−ｃ）（図８）の説明》：フードフォーミング
フォーミングと呼ばれる本工程に於いて、上記導電性薄膜を通電処理して内部に亀裂を生じさせ、電子放出部を形成する。
【００６１】
具体的な方法は、上記基板の周囲の取り出し電極部を残して、基板全体を覆うようにフード状の蓋をかぶせて基板との間で内部に真空空間を作り、外部電源より電極端子部からＸＹ配線間に電圧を印加し、素子電極間に通電する（図７（ｃ））ことによって、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的に高抵抗な状態の電子放出部を形成する（図７（ｄ））。
【００６２】
この時若干の水素ガスを含む真空雰囲気下で通電加熱すると、水素によって還元が促進され酸化パラジウムＰｄＯがパラジウムＰｄ膜に変化する。
【００６３】
この変化時に膜の還元収縮によって、一部に亀裂が生じるが、この亀裂発生位置、及びその形状は元の膜の均一性に大きく影響される。
【００６４】
多数の素子の特性ばらつきを抑えるのに、上記亀裂は中央部に起こり、かつなるべく直線状になることが好ましい。
【００６５】
なおこのフォーミングにより形成した亀裂付近からも、所定の電圧下では電子放出が起こるが、この段階ではまだ発生効率が低い。
【００６６】
また得られた導電性薄膜の抵抗値Ｒｓは、１０^２から１０^７Ωの値である。
【００６７】
フォーミング処理に用いた電圧波形について図８を用いて簡単に紹介する。
【００６８】
印加した電圧はパルス波形を用いたが、パルス波高値が定電圧のパルスを印加する場合（図８（ａ））と、パルス波高値を増加させながら印加する場合（図８（ｂ））とがある。
【００６９】
図８（ａ）に於いて、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は適宜選択する。
【００７０】
図８（ｂ）では、Ｔ１及びＴ２の大きさは同様にとり、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）を、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ増加させる。
【００７１】
なお、フォーミング処理の終了は、フォーミング用パルスの間に、導電性膜を局所的に破壊、変形しない程度の電圧、例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧を挿入して素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えばフォーミング処理前の抵抗に対して１０００倍以上の抵抗を示した時点で、フォーミングを終了とすることができる。
【００７２】
〔活性化−カーボン堆積〕
先に述べたように、この状態では電子発生効率は低い。
【００７３】
よって電子放出効率を上げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行うことが望ましい。
【００７４】
この処理は有機化合物が存在する適当な真空度のもとで、前記のフォーミングと同様にフード状の蓋をかぶせて基板との間で内部に真空空間を作り、外部からＸＹ配線を通じてパルス電圧を素子電極に繰り返し印加することによって行う。そして炭素原子を含むガスを導入し、それに由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記亀裂近傍にカーボン膜として堆積させる工程である。
【００７５】
本工程ではカーボン源としてトリニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^−４Ｐａを維持した。導入するトリニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０^−５Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａ程度が好適である。
【００７６】
図１１（ａ）、（ｂ）に、活性化工程で用いられる電圧印加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。図１１（ａ）中、Ｔ１は、電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図１１の（ｂ）中、Ｔ１およびＴ１’はそれぞれ、電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【００７７】
このとき、素子電極３に与える電圧を正としており、素子電流Ｉｆは、素子電極３から素子電極２へ流れる方向が正である。約６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了した。
【００７８】
以上の工程で、電子源素子を有する基板を作成する事ができた。
【００７９】
〔基板特性〕
上述のような素子構成と製造方法によって作成された本発明に係る電子放出素子の基本特性について図９、図１０を用いて説明する。
【００８０】
図９は、前述した構成を有する素子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略図である。
【００８１】
電子放出素子の素子電極間を流れる素子電流Ｉｆ、及びアノードへの放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極２、３に電源５１と電流計５０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源５３と電流計５２とを接続したアノード電極５４を配置している。図９において、２、３は素子電極、４は電子放出部を含む薄膜（素子膜）、５は電子放出部を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極２、３間の電子放出部を含む導電性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２は素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。
【００８２】
また、本電子放出素子およびアノード電極５４は真空装置内に設置され、その真空装置には排気ポンプ５６および不図示の真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようになっている。なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。
【００８３】
図９に示した測定評価装置により測定された放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図１０に示す。なお、放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆは大きさが著しく異なるが、図１０ではＩｆ、Ｉｅの変化の定性的な比較検討のために、リニアスケールで縦軸を任意単位で表記した。
【００８４】
素子電極間に印加する電圧１２Ｖにおける放出電流Ｉｅを測定した結果平均０．６μＡ、電子放出効率は平均０．１５％を得た。また素子間の均一性もよく、各素子間でのＩｅのばらつきは５％と良好な値が得られた。
【００８５】
本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特徴を有する。
【００８６】
まず第一に、図１０からも明らかなように、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１０中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子としての特性を示しているのが判る。
【００８７】
第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
【００８８】
第三に、アノード電極５４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。すなわち、アノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。
【００８９】
〔パネル〕
上記のような単純マトリクス配置の電子源基板を用いた電子源、及び、表示等に用いる画像形成装置の一例について、図１２と図１３を用いて説明する。
【００９０】
前述の封着プロセスにより外囲器９０を構成した。
【００９１】
図１３はフェースプレート上に設ける蛍光膜の説明図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とで構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の場合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することである。
【００９２】
また、蛍光膜８４の内面側には通常メタルバック８５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加するためのアノード電極として作用すること等である。メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後Ａｌ（アルミニウム）を真空蒸着等で堆積することで作製できる。
【００９３】
フェースプレート８２にはリアプレート８１と同じくプラズマディスプレイ用電気ガラスであるアルカリ成分が少ないＰＤ−２００（商品名、旭硝子（株）社製）の材料を用いている。このガラス材料の場合、ガラスの着色現象は起きないし、板厚を３ｍｍ程度にすれば、１０ｋＶ以上の加速電圧で駆動した場合でも、２次的に発生する軟Ｘ線の漏れを抑える遮蔽効果も充分である。
【００９４】
前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させるため、上下基板の突き当て法などで十分な位置合わせを行うことが好ましい。
【００９５】
封着時の真空度は１０のマイナス６乗トール（１×１０^−４Ｐａ）以下の真空度が要求される他、外囲器９０の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行なう場合もある。これは、外囲器９０の封止を行なう直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、たとえば１Ｘ１０マイナス５乗ないしは１Ｘ１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］（１×１０^−３〜１×１０^−５Ｐａ）の真空度を維持するものである。
【００９６】
〔画像表示素子〕
前述した表面伝導型電子放出素子の基本的特性によれば、電子放出部からの放出電子は、しきい値電圧以上では対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と巾によって制御され、その中間値によっても電流量が制御され、もって中間調表示が可能になる。
【００９７】
また多数の電子放出素子を配置した場合においては、各ラインの走査線信号によって選択ラインを決め、各情報信号ラインを通じて個々の素子に上記パルス状電圧を適宜印加すれば、任意の素子に適宜電圧を印加する事が可能となり、各素子をＯＮすることができる。
【００９８】
また中間調を有する入力信号に応じて電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式が挙げられる。
【００９９】
以下に具体的な駆動装置について図１４を用いて概要を述べる。
【０１００】
単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネルを利用した、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示用の画像表示装置の構成例を、図１４に示す。
【０１０１】
図１４において、１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は情報信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。
【０１０２】
電子放出素子を用いた画像表示パネル１０１のＸ配線には、走査線信号を印加するＸドライバー１０２が、Ｙ配線には情報信号が印加されるＹドライバーの情報信号発生器１０７が接続されている。
【０１０３】
電圧変調方式を実施するには、情報信号発生器１０７として、一定の長さの電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて、適宜パルスの波高値を変調するような回路を用いる。また、パルス幅変調方式を実施するには、情報信号発生器１０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて、適宜電圧パルスの幅を変調するような回路を用いる。
【０１０４】
制御回路１０３は、同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ　及びＴｍｒｙ　の各制御信号を発生する。
【０１０５】
同期信号分離回路１０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離するための回路である。この輝度信号成分は、同期信号に同期してシフトレジスタ１０４に入力される。
【０１０６】
シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアルに入力される前記輝度信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換して、制御回路１０３より送られるシフトクロックに基づいて動作する。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、ｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１０４より出力される。
【０１０７】
ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、記憶された内容は、情報信号発生器１０７に入力される。
【０１０８】
情報信号発生器１０７は、各々の輝度信号に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動する為の信号源であり、その出力信号はＹ配線を通じて表示パネル１０１内に入り、Ｘ配線によって選択中の走査ラインとの交点にある各々の電子放出素子に印加される。
【０１０９】
Ｘ配線を順次走査する事によって、パネル全面の電子放出素子を駆動する事が可能になる。
【０１１０】
以上のように本実施例で作成した画像表示装置において、こうして各電子放出素子に、パネル内のＸＹ配線を通じ、電圧を印加することにより電子放出させ、図１２に示される高圧端子Ｈｖを通じ、アノード電極であるメタルバック８５に高圧を印加し、発生した電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させることによって、画像を表示することができる。
【０１１１】
ここで述べた画像形成装置の構成は、本発明の画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＨＤＴＶなどでも同じである。
【０１１２】
〔実施例２〕
図１８に、本発明によるもう一つの実施例における、外囲器周辺部の接合部の概略断面構造を示す。本実施例では、気密性確保のための第１の領域として第１の基板であるフェースプレート８２の下引き層２０４ｂが画像表示領域側のみに形成され、接合力確保のための第２の領域はその外側のみとしている以外は実施例１と同じである。
【０１１３】
〔実施例３〕
図１９に、本発明によるもう一つの実施例における、外囲器周辺部の接合部の概略断面構造を示す。
【０１１４】
本実施例では、枠である支持枠８６と第２の基板であるリアプレート８１の接合もＩｎ膜により行っている。枠である支持枠８６のリアプレート側の面に気密性確保のための第１の領域として下引き層２０４ｂが画像表示側のみに形成され、接合力確保のための第２の領域はその外側のみとしている。他は実施例２と同様である。この接合もＩｎで行えば、低温での接合プロセスが実現できる。
【０１１５】
なお以上述べた各実施例においてはフェースプレートを第１の基板としリアプレートを第２の基板とした。特に第１の実施例では第１の基板であるフェースプレートが第１の領域と第２の領域を持つ構成を説明し、第３の実施例では枠の第２の基板であるリアプレートと接合される面に第１の領域と第２の領域を持つ構成を説明した。しかしながらフェースプレートを第１の基板とし、リアプレートを第２の基板としたのは説明の便宜上のものであり、これらに限るものではなく、リアプレートに第１の領域と第２の領域を持つ接合面を設けても良く、また枠のフェースプレートと接合される面に第１の領域と第２の領域を設けても良い。
【０１１６】
また以上述べた構成では第１の領域として基板の母材上に膜が形成された領域を採用し、第２の領域として基板の母材が剥き出しになった領域を採用したが、これに限るものではない。例えば第２の領域として第１の領域とは組成の異なる膜が形成されている構成を採用することもできる。
【０１１７】
さらに、前述の実施例１、２、及び、実施例３では、封着プロセスを真空環境下で行っているが、封着を大気雰囲気環境下で行い、後に別途設けた排気用基板穴からパネル内部を排気することで、真空間隙を有する外囲器を形成する場合でも、本発明は有効である。大気雰囲気環境下の方が、低融点金属の表面酸化膜はより厚くなるために、酸化膜を破りやすい本発明の構造効果がより顕著になる。
【０１１８】
以上述べた実施形態においては、低融点金属表面の酸化膜の影響を受けにくいため歩留まりが向上し、低温での接合プロセスのため安価で高真空を維持でき、かつ壊れにくいる外囲器を得ることができる。
【０１１９】
【発明の効果】
本願発明においては好適な外囲器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による外囲器の一例につき、周辺部の概略断面構造を示す模式図である。
【図２】電子放出素子の製造工程例を示す工程図である（基板上に対向する電極を設けた段階）。
【図３】図２に引き続く、電子放出素子の製造工程例を示す工程図である（Ｙ方向配線を設けた段階）。
【図４】図３に引き続く、電子放出素子の製造工程例を示す工程図である（絶縁性膜を設けた段階）。
【図５】図４に引き続く、電子放出素子の製造工程例を示す工程図である（Ｘ方向配線を設けた段階）。
【図６】図５に引き続く、電子放出素子の製造工程例を示す工程図である（電子放出素子を形成した段階）。
【図７】インクジェット法による素子膜（導電性膜）形成方法の一例を示す工程図である。
【図８】通電フォーミングの電圧波形の例を示すグラフである。
【図９】電子放出素子の電子放出特性の測定評価装置例を示す模式図である。
【図１０】電子放出素子の特性例を示すグラフである。
【図１１】電子放出素子の活性化工程で用いられる電圧印加の好ましい一例を示すグラフである。
【図１２】画像形成装置の表示パネルの一例を示す概略構成図である。
【図１３】フェースプレート上に設ける蛍光膜を説明するための模式図である。
【図１４】画像形成装置の駆動装置の構成例を示す模式図である。
【図１５】電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図１６】Ｉｎ膜形成方法の一例を示す概略構成図である。
【図１７】封着方法の一例を示す概略構成図である。
【図１８】本発明による外囲器の別の例につき、周辺部の概略断面構造を示す模式図である。
【図１９】本発明による外囲器のさらに別の例につき、周辺部の概略断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　　　ガラス基板
２、３　　素子電極
４　　　　導電性膜
５　　　　電子放出部
２１　　　電子源基板
２２、２３　素子電極
２４　　　Ｙ方向配線
２５　　　絶縁性膜
２６　　　Ｘ方向配線
２７　　　表面伝導型電子放出素子膜
２８　　　コンタクトホール
５０　　　電流計
５１　　　電源
５２　　　電流計
５３　　　高圧電源
５４　　　アノード電極
５５　　　真空容器
５６　　　排気ポンプ
８０　　　電子源基板
８１　　　リアプレート
８２　　　フェースプレート
８３　　　ガラス基板
８４　　　蛍光膜
８５　　　メタルバック
８６　　　支持枠
８７　　　電子放出素子
８８　　　Ｘ配線
８９　　　Ｙ配線
９０　　　外囲器
９１　　　黒色導電体
９２　　　蛍光体
９３　　　Ｉｎ膜
１０１　　表示パネル
１０２　　走査回路
１０３　　制御回路
１０４　　シフトレジスタ
１０５　　ラインメモリ
１０６　　同期信号分離回路
１０７　　情報信号発生器
２００　　位置決め装置
２０３　　フリットガラス
２０４　　下引き層
２０５　　スペーサー
１１０１　基板
１１０２　処理容器
１１０３　処理剤供給容器
１１０４　処理剤供給容器
１１０５　基板加熱用ヒーター
１１０６　処理剤導入口
１１０７　処理剤排気口
１１０８　処理剤排気用ポンプ
１１０９　開閉バルブ
１１１０　配管加熱用ヒーター
１１１１　流量計
１１１２　ヒーター
１２０５　超音波半田ゴテ

Claims (4)

1. 第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器であって、
   前記第１の基板と前記枠との間は低融点金属で接合されており、
   前記第１の基板は、前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有しており、
   該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高い材料が前記低融点金属と接しており、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力の高い材料が前記低融点金属と接していることを特徴とする外囲器。
2. 第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器であって、
   前記第１の基板と前記枠との間は低融点金属で接合されており、
   前記枠は、前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有しており、
   該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高い材料が前記低融点金属と接しており、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力の高い材料が前記低融点金属と接していることを特徴とする外囲器。
3. 第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器の製造方法であって、
   前記第１の基板と前記枠とを低融点金属で接合する接合工程を有し、
   該接合工程において、前記第１の基板として、
   前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有し、該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高く、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力が高い基板を用いることを特徴とする外囲器の製造方法。
4. 第１の基板と、該第１の基板と対向する第２の基板と、該第１の基板と第２の基板の間に設けられる枠とを有する外囲器の製造方法であって、
   前記第１の基板と前記枠とを低融点金属で接合する接合工程を有し、
   該接合工程において、前記枠として、
   前記低融点金属と接する領域として第１の領域と第２の領域を有し、該第１の領域では前記第２の領域よりも前記低融点金属との気密維持性が高く、前記第２の領域では前記第１の領域よりも前記低融点金属との結合力が高い枠を用いることを特徴とする外囲器の製造方法。

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