JP2005332667A - 画像表示装置の製造方法および封着材充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、超音波を印加しながら金属封着材を充填する際に、所定の超音波出力を保持し、金属封着材の飛散を確実に抑制して、金属封着材の封着面に対する濡れ性の向上を得られる画像表示装置の製造方法および封着材充填装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置の製造方法として、背面基板と、背面基板に対向配置された前面基板１１を有する外囲器と、外囲器内に設けられた複数の表示素子とを備えていて、先端面の周縁に沿って段部を備えたノズル５５を背面基板と前面基板との間の封着面に当てノズルに超音波を印加しながら溶融した金属封着材を封着面に充填する工程と、封着面に金属封着材を充填した後、金属封着材を加熱して溶融させ背面基板と前面基板とを封着面で直接あるいは間接的に封着する工程とを具備する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、対向配置された基板と、これら基板間に設けられた複数の表示素子とを有する画像表示装置を製造するための製造方法および封着材充填装置に関する。

近年、次世代の軽量、薄型の平面型表示装置として、電子放出素子（以下、エミッタと称する）を多数並べ、蛍光面と対向配置させた表示装置の開発が進められている。エミッタとしては、電界放出型あるいは表面伝導型の素子が想定される。通常、エミッタとして電界放出型電子放出素子を用いた表示装置は、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、また、エミッタとして表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）と呼ばれている。
上記ＦＥＤは、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。前面基板の内面には蛍光体スクリーンが形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子放出源として多数の電子放出素子が設けられる。また、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には複数の支持部材が配設されている。
背面基板側の電位はほぼ０Ｖであり、蛍光面にはアノード電圧Ｖａが印加される。そして、蛍光体スクリーンを構成する赤、緑、青の蛍光体に電子放出素子から放出された電子ビームを照射し、蛍光体を発光させることによって画像を表示する。このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されている陰極線管（ＣＲＴ）と比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。

本出願人は、先に、上述した画像表示装置の製造方法および封着材充填装置の関連技術を出願［特許文献１］している。
ここに記載される画像表示装置の製造方法としては、背面基板と前面基板との間の封着面に超音波を印加しながら溶融した金属封着材を充填する工程と、金属封着材の充填後、真空雰囲気中で金属封着材を加熱して溶融させ背面基板と前面基板とを封着面で直接あるいは間接的に封着する工程とを備えてなる。
さらに、上記封着面に金属封着材を充填する封着材充填装置として、封着面を有した被封着物を位置決め支持する支持台と、溶融した金属封着材を貯溜する貯溜部、この貯溜部から送られた溶融金属封着材を封着面に充填するノズル、このノズルから封着面に充填される溶融金属封着材に超音波を印加する超音波発生部を有した充填ヘッドと、充填ヘッドを封着面に対して相対的に移動させるヘッド移動機構とを備えている。
特開２０００−３７７８１６号公報

なお説明すると上記の［特許文献１］の技術では、上記ノズルは先端部が円錐状をなし、先端面は平坦な円形状に形成されている。ノズルの基端部から先端面に亘る中心軸に沿って供給孔が設けられ、金属封着材であるインジウムが加熱され溶融した状態で供給源から供給孔に導かれる。そして、ノズルの先端面を封着面に接触させたまま超音波を印加し、供給孔の先端からインジウムを供出するようになっている。
このようにして、超音波を印加しながらインジウムを充填するので、封着面に対するインジウムの濡れ性が向上する反面、所定の出力をもって超音波を印加するため、ノズルの先端から金属封着材が粒状となって飛散し易い。極端な状態では、飛散した金属封着材粒がパネル有効面まで汚してしまう。
超音波出力を下げれば金属封着材の飛散が収まる傾向にあるが、今度は封着面に対する金属封着材の濡れ性が低下してしまい、封着効果に悪影響を及ぼす虞れがある。すなわち、所定の超音波出力を保持しつつ、金属封着材の飛散を確実に抑制し、かつ金属封着材の封着面に対する濡れ性の向上を図れる手段が求められている。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、超音波を印加しながら金属封着材を充填する際に、所定の超音波出力を保持し、金属封着材の飛散を確実に抑制して、金属封着材の封着面に対する濡れ性の向上を得られる画像表示装置の製造方法および封着材充填装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の態様に係る画像表示装置の製造方法は、背面基板と、背面基板に対向配置された前面基板を有する外囲器と、外囲器内に設けられた複数の表示素子とを備えていて、
先端面の周縁に沿って段部を備えたノズルを背面基板と前面基板との間の封着面に当てノズルに超音波を印加しながら溶融した金属封着材を封着面に充填する工程と、封着面に金属封着材を充填した後、金属封着材を加熱して溶融させ背面基板と前面基板とを封着面で直接あるいは間接的に封着する工程とを具備する。

また、本発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法は、背面基板および、背面基板に対向配置された前面基板と、前面基板の周縁部と背面基板の周縁部との間に配設され前面基板および背面基板に封着された側壁とを有した外囲器と、外囲器内に設けられた複数の画素表示素子とを備え、前面基板と側壁との間の封着面および背面基板と側壁との間の封着面の少なくとも一方が金属封着材層により封着されていて、
先端面の周縁に沿って段部を備えたノズルを少なくとも一方の封着面に当て、ノズルに超音波を印加しながら溶融した金属封着材を封着面に充填する工程と、封着面に金属封着材を充填した後、金属封着材を加熱して溶融させ、背面基板、前面基板、および側壁を上記封着面で封着する工程とを具備する。
さらに、金属封着材は、低融点金属材料が用いられる。
さらに、低融点金属材料は、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａの単体または、少なくとも一つが含まれる合金である。

本発明の態様に係る封着材充填装置は、画像表示装置の製造において封着面に金属封着材を充填する装置であって、封着面を有した被封着物を位置決め支持する支持台と、溶融した金属封着材を貯溜する貯溜部および貯溜部から送られる溶融金属封着材を封着面に充填するノズルを有する充填ヘッドと、この充填ヘッドのノズルに連結されノズルに超音波を印加する超音波発生部とを具備し、ノズルは、中心軸に沿って貯溜部から送られた溶融金属封着材を先端面に供出案内する供給孔を備えるとともに、ノズルの先端面周縁に沿って段部が設けられる。
さらに、上記ノズルは、先端部が断面矩形状に形成され、先端面の封着面接触部分が矩形状に形成される。

本発明によれば、金属封着材層を用いて前面基板と背面基板と直接あるいは間接的に封着することにより、背面基板に設けられた電子放出素子などに熱的な損傷を与えることのない低い温度で封着を行うことができ、真空外囲器の気密性、封着強度を向上することができる。封着面に対して金属封着材を充填する際、超音波を印加しながら金属封着材を充填することにより、封着面に対する金属封着材の濡れ性が向上し、金属封着材としてインジウム等を用いた場合でも金属封着材を所望の位置に良好に充填できる。
また、溶融した金属封着材を封着面に沿って連続的に充填する際、超音波を印加しながら溶融した金属封着材を充填することにより、上記封着面に沿って切れ目なく延びた金属封着材層を形成することが可能となる。
段部の無いノズル先端面であると、金属封着材がノズルの先端面周縁から粒状となって飛散し易いが、ノズルの先端面周縁に沿って段部を形成したので、金属封着材は一旦、段部と封着面との間の空間部に溜った状態となってから封着面に塗布され、金属封着材の飛散を防止してパネル有効面を汚すことがなく、封着面に対する濡れ性が良い。

本発明によれば、気密性および封着強度の高い画像表示装置を製造するのに、所定の超音波出力を保持したうえで、金属封着材の飛散を確実に抑制し、金属封着材の封着面に対する濡れ性の向上を得られるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、本実施の形態に係る製造方法によって製造される画像表示装置の一例として、ＦＥＤについて説明する。
図１および図２に示すように、このＦＥＤは、絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は約１．５〜３．０ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。前面基板１１および背面基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１８を介して周縁部同士が封着され、内部が真空状態に維持された偏平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。

真空外囲器１０の内部には、背面基板１２および前面基板１１に加わる大気圧荷重を支えるため、複数の支持部材１４が設けられている。これらの支持部材１４は、真空外囲器１０の長辺と平行な方向に延出しているとともに、短辺と平行な方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。なお、支持部材１４の形状については特にこれに限定されるものではなく、柱状の支持部材を用いてもよい。
図３に示すように、前面基板１１の内面には蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、緑、青の３色に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂとマトリックス状の黒色光吸収部２０とで形成されている。上述の支持部材１４は、黒色光吸収部の影に隠れるように置かれる。また、蛍光体スクリーン１６上には、メタルバックとして図示しないアルミニウム層が蒸着されている。

図２に示すように、背面基板１２の内面上には、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電界放出型の電子放出素子２２が設けられている。これらの電子放出素子２２は、それぞれの画素毎に対応して複数列および複数行に配列され、表示素子として機能する。
さらに詳細に述べると、背面基板１２の内面上には、導電性カソード層２４が形成され、この導電性カソード層上には多数のキャビティ２５を有した二酸化シリコン膜２６が形成されている。二酸化シリコン膜２６上には、モリブデン、ニオブ等からなるゲート電極２８が形成されている。そして、背面基板１２の内面上において各キャビティ２５内に、モリブデン等からなるコーン状の電子放出素子２２が設けられている。その他、背面基板１２上には、電子放出素子２２に接続された図示しないマトリックス状の配線等が形成されている。

上記のように構成されたＦＥＤにおいて、映像信号は、単純マトリックス方式に形成された電子放出素子２２とゲート電極２８に入力される。電子放出素子２２を基準とした場合、最も輝度の高い状態の時、＋１００Ｖのゲート電圧が印加される。また、蛍光体スクリーン１６には＋１０ｋＶが印加される。そして、電子放出素子２２から放出される電子ビームの大きさは、ゲート電極２８の電圧によって変調され、この電子ビームが蛍光体スクリーン１６の蛍光体層を励起して発光させることにより画像を表示する。
このように蛍光体スクリーン１６には高電圧が印加されるため、前面基板１１、背面基板１２、側壁１８、および支持部材１４用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。また、後述するように、背面基板１２と側壁１８との間は、フリットガラス等の低融点ガラス３０によって封着され、前面基板１１と側壁１８との間は、封着面上に形成された下地層３１と、この下地層上に形成されたインジウム層３２とが融合した封着層３３によって封着されている。

つぎに、上記のように構成されたＦＥＤの製造方法について詳細に説明する。
まず、前面基板１１となる板ガラスに蛍光体スクリーン１６を形成する。これは、前面基板１１と同じ大きさの板ガラスを準備し、この板ガラスにプロッターマシンで蛍光体層のストライプパターンを形成する。この蛍光体ストライプパターンが形成された板ガラスと、前面基板用の板ガラスとを位置決め治具に載せて露光台にセットすることにより、露光、現像して蛍光体スクリーン１６を生成する。
続いて、背面基板用の板ガラスに電子放出素子２２を形成する。この場合、板ガラス上にマトリックス状の導電性カソード層を形成し、この導電性カソード層上に、例えば熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法により二酸化シリコン膜の絶縁膜を形成する。

そのあと、この絶縁膜上に、たとえばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法によりモリブデンやニオブなどのゲート電極形成用の金属膜を形成する。つぎに、この金属膜上に、形成すべきゲート電極に対応した形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。このレジストパターンをマスクとして金属膜をウェットエッチング法またはドライエッチング法によりエッチングし、ゲート電極２８を形成する。
つぎに、レジストパターンおよびゲート電極をマスクとして絶縁膜をウェットエッチングまたはドライエッチング法によりエッチングして、キャビティ２５を形成する。そして、レジストパターンを除去したあと、背面基板表面に対して所定角度傾斜した方向から電子ビーム蒸着を行うことにより、ゲート電極２８上に、たとえばアルミニウムやニッケルからなる剥離層を形成する。

このあと、背面基板表面に対して垂直な方向から、カソード形成用の材料として、たとえばモリブデンを電子ビーム蒸着法により蒸着する。これによって、各キャビティ２５の内部に電子放出素子２２を形成する。続いて、剥離層をその上に形成された金属膜とともにリフトオフ法により除去する。
電子放出素子２２の形成された背面基板１２の周縁部と矩形枠状の側壁１８との間を、大気中で低融点ガラス３０により互いに封着する。同時に、大気中で、背面基板１２上に複数の支持部材１４を低融点ガラス３０により封着する。

そのあと、背面基板１２と前面基板１１とを側壁１８を介して互いに封着する。この場合、図４（ａ）（ｂ）に示すように、まず、背面基板１２における封着面となる側壁１８の上面、および前面基板１１の内面周縁部上にそれぞれ、たとえば銀ペーストからなる下地層３１を全周に亘って所定幅に塗布して形成する。なお、前面基板１１の全面積に対して背面基板１２の全面積が一廻り大きく形成され、かつこれら前面基板１１と背面基板１２に対する下地層３１の位置が互いに同一であるところから、背面基板１２端縁から下地層３１端縁までの距離は、前面基板１１端縁から下地層端縁までの距離よりも大に設定することとなる。

続いて、各下地層３１の上に、後述するように金属封着材料としてのインジウム（Ｉｎ）を塗布し、それぞれ下地層３１の全周に亘り連続して延びたインジウム層３２を形成する。このインジウム層３２の幅は、下地層３１の幅よりも狭く形成し、インジウム層３２の両側縁が下地層３１の両側縁からそれぞれ所定の隙間を置いた状態に塗布する。たとえば、側壁１８の幅を９ｍｍとした場合、下地層３１の幅は８ｍｍ、インジウム層３２の幅は６ｍｍ程度に形成される。
金属封着材料としては、融点が約３５０℃以下で密着性、接合性に優れた低融点金属材料を使用することが望ましい。本実施の形態で用いるインジウムは、融点１５６．７℃と低いだけでなく、蒸気圧が低く、軟らかくて衝撃に対して強く、低温でも脆くならないなどの優れた特徴がある。しかも、条件によってはガラスに直接接合することができるので、本発明の目的に好適した材料である。

低融点金属材料としては、主成分としてＩｎの単体ではなく、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａの単体または、少なくとも一つが含まれる合金を用いることもできる。たとえば、Ｉｎ９７％−Ａｇ３％の共晶合金では、融点が１４１℃とさらに低くなり、しかも機械的強度を高めることができる。
上記説明では、「融点」という表現を用いているが、２種以上の金属からなる合金では、融点が単一に定まらない場合がある。一般にそのような場合には、液相線温度と固相線温度が定義される。前者は、液体の状態から温度を下げていった際、合金の一部が固体化し始める温度であり、後者は合金の全てが固体化する温度である。本実施の形態では、説明の便宜上、このような場合においても融点という表現を用いることにし、固相線温度を融点と呼ぶことにする。

一方、前述した下地層３１は、金属封着材料に対して濡れ性および気密性の良い材料、つまり、金属封着材料に対して親和性の高い材料を用いる。上述した銀ペーストの他、金、アルミニウム、ニッケル、コバルト、銅等の金属ペーストを用いることができる。金属ペーストの他、下地層３１として、銀、金、アルミニウム、ニッケル、コバルト、銅等の金属メッキ層あるいは蒸着膜、又はガラス材料層を用いることもできる。
なお、封着面に形成された下地層３１上へのインジウムの充填、すなわち、インジウムの塗布は、以下の封着材充填装置を用いて行う。
図５に示すように、封着材充填装置は、平坦な載置面４０ａを有した支持台４０を備え、載置面上には、平坦な矩形板状のホットプレート４２と、このホットプレート上に被封着物を位置決めする位置決め機構４４と、被封着物上に封着材を充填する充填ヘッド４６と、被封着物に対して充填ヘッドを相対的に移動するヘッド移動機構４８が設けられている。

ホットプレート４２には、被封着物として、前述した側壁１８が封着された背面基板１２、あるいは前面基板１１が載置される。そして、このホットプレート４２は載置された被封着物を加熱する加熱手段としても機能する。
位置決め機構４４は、たとえばホットプレート４２上に載置された前面基板１１の直交する２辺にそれぞれ当接する３つの固定の位置決め爪５０と、前面基板１１の他の２辺にそれぞれ当接し、位置決め爪５０に向かって前面基板１１を弾性的に押付ける２つの押え爪５２とを有している。

図５および図６（ａ）に示すように、充填ヘッド４６は、溶融したインジウムを貯溜する貯溜部５４と、この貯溜部から送られた溶融インジウムを前面基板１１の封着面に充填するノズル５５を備えている。そして、ノズル５５は金属棒５６を介して超音波発生部として機能する超音波振動子５７に連結される。この超音波振動子５７が作動することにより、超音波振動は金属棒５６を介してノズル５５に伝達され、ノズル端部が中心軸に沿う縦振動をなす。
また、充填ヘッド４６には、パージガスを供給する供給パイプ５８が接続されているとともに、ノズル５５を加熱するヒータ部６０が設けられている。上記ヘッド移動機構４８は、図５に示すように、充填ヘッド４６を支持台４０の載置面４０ａに対して垂直な、つまり、ホットプレート４２上に載置された前面基板１１に対し垂直なＺ軸方向に沿って昇降駆動自在に支持されるＺ軸駆動ロボット６２と、このＺ軸駆動ロボット６２を上記前面基板１１の短辺と平行なＹ軸方向に沿って往復駆動自在に支持されるＹ軸駆動ロボット６４とを備えている。さらに、Ｙ軸駆動ロボット６４は、載置面４０ａ上に固定されたＸ軸駆動ロボット６６および補助レール６７により、上記前面基板１１の長辺と平行なＸ軸方向に沿って往復駆動自在に支持されている。

上述した封着材充填装置を用いてインジウムを塗布する場合、図５に示すように、封着面を上にして前面基板１１をホットプレート４２上に載置し、位置決め機構４４によって所定位置に位置決めする。続いて、図６（ｂ）に示すように、溶融状態のインジウムが貯溜される充填ヘッド４６を所望の充填開始位置にセットした後、ヘッド移動機構４８により、前面基板１１の封着面、ここでは前面基板１１上に形成された下地層３１に沿って充填ヘッド４６を所定の速度で移動する。
そして、充填ヘッド４６を移動しながら、ノズル５５から下地層３１上に溶融インジウムを連続的に充填し、下地層３１に沿って連続的に延びたインジウム層３２を全周に亘り形成する。同時に、超音波振動素子Ｕを作動してノズル５５を超音波振動させ、溶融インジウムに超音波を印加しながら下地層３１上に充填する。したがって、ノズル５５ｃでは前面基板１１の封着面である下地層３１の表面に対して垂直な方向に超音波振動が生じる。超音波の振動数は、たとえば３０〜４０ｋＨｚに設定する。

ここで、上記ノズル５５について詳述する。上記ノズル５５は、基端部５５ａ上部に上記貯溜部５４が設けられ、この貯溜部５４を貫通する基端部５５ａ上端面に金属棒５６が連設されるとともに、金属棒５６上端には超音波発生部として機能する超音波振動素子Ｕが取着される。一方、ノズル基端部５５ａから下部側には、たとえば四角柱状に形成されるノズル先端部５５ｂが着脱自在に取付けられる。ノズル先端部５５ｂの先端面５５ｃは後述するように形成される。
図７（ａ）（ｂ）に示すように、ノズル５５の中心軸に沿って供給孔５７が設けられる。この供給孔５７は、基端部５５ａから先端面５５ｃに亘って開口していて、基端部５５ａに連結される貯溜部５４から溶融したインジウムを案内し、インジウムはノズル先端面５５ｃから供出されるようになっている。そして、ノズル５５の先端面５５ｃは、この周縁に沿って断面矩形状に切欠加工された段部Ｄが設けられる。ノズル先端面５５ｃに段部Ｄが設けられることにより、ノズル５５の先端は先細り状をなす。

ノズル５５から下地層３１にインジウムを塗布する際に、ノズル先端面５５ｃを下地層３１に接触して行う。実際には、ノズル先端面５５ｃに段部Ｄが形成されているから、下地層３１に接触するのは段部Ｄと供給孔５７を除く先端面５５ｃ部分となる。なお、段部Ｄの高さ寸法Ｈを０．１〜０．５ｍｍとし、幅寸法Ａを０．１〜０．７ｍｍと設定することにより、後述するように好ましい結果が得られた。さらに、好ましくは段部Ｄの高さ寸法Ｈを０．２ｍｍ、幅寸法Ａを０．５ｍｍとするとよい。
ノズル先端面５５ｃを下地層３１に接触させて、超音波振動素子Ｕに超音波を印加すると、金属棒５６を介してノズル５５に超音波振動が伝達される。供給孔５７に導かれるインジウムはノズル５５の超音波振動によって形成されるノズル先端面５５ｃと下地層３１との間の微細な隙間から供出され、段部Ｄと下地層３１との間に形成される空間部Ｓへ出て撹拌混合の状態となる。すなわち、下地層３１と段部Ｄとの間に形成される空間部Ｓにインジウムが液溜り状に溜り、溜ったインジウムで周縁を隠す状態となって、段部Ｄ周縁から周辺への飛散がない。

これらの作用とともに、先に図５で説明したヘッド移動機構４８が作動して充填ヘッド４６を移動することにより、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ノズル先端面５５ｃからインジウムが下地層３１上に塗布される。
このようにして、超音波を印加しながらインジウムを充填すると、封着面あるいは下地層３１に対するインジウムの濡れ性が向上し、インジウムを所望の位置に良好に充填することが可能となる。このとき、インジウム粒子が周辺へ飛散することがないから、パネル有効面の汚れを防止して信頼性の向上を図れる。また、溶融したインジウムを下地層３１に沿って連続的に充填することができ、下地層３１に沿って切れ目なく延びたインジウム層３２を形成することが可能となる。さらに、超音波を印加しながら溶融インジウムを充填することにより、充填した時点でインジウムの一部が下地層３１の表面部内に拡散して合金層を形成することができる。

なお、ノズル５５の先端面５５ｃに形成される段部Ｄは矩形状としたが、これに限定されるものではない。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような段部であっても、全く同様の作用効果が得られる。
すなわち、図９（ａ）に示すノズル５５Ａのノズル先端部５５ｂ１では、下地層３１に接触する先端面５５ｃ周縁から周端部に亘って直状に形成される段部Ｄａであり、図９（ｂ）に示すノズル５５Ｂのノズル先端部５５ｂ２では、下地層３１に接触する先端面５５ｃ周縁から周端部に亘ってＲ状に膨出曲成される段部Ｄｂであり、図９（ｃ）に示すノズル５５Ｃのノズル先端部５５ｂ３では、下地層３１に接触する先端面５５ｃ周縁から周端部に亘ってアーチ状に凹陥曲成される段部Ｄｃである。

いずれの構成であっても、ノズル先端が先細り状となるとともに、封着面である下地層３１に接触するノズル先端面５５ｃは四角形状をなしていて、矩形状以外の形状、たとえば円形状や楕円状は避けることが望ましい。
すなわち、下地層３１に接触する先端面部分をたとえば円形状としてインジウムを充填すると、ノズルの移動方向と平行な直径部分および、その近傍部分は下地層に接触する面積と時間が大であるが、移動方向とは直交する方向の周端部は下地層に接触する面積と時間が極めて小になる。そのため、この周端部分におけるインジウムの供給量が、ノズルの移動方向に沿う直径部分および、その近傍部分と比較して極めて小になり、充分な充填量が得られない。ただし、生産性への影響を重要視しなければ、ノズル先端面が円形状であっても、充填速度を遅くすることで濡れ性を充分に確保することは可能である。

なお、インジウムを充填する工程において、上記超音波の発振出力、あるいは、ノズル５５に設けられる供給孔５７の孔径のいずれか一方を調整することにより、インジウムの吐出量を制御し、形成されるインジウム層の厚さを調整することができる。
一方、図４（ａ）に示すように、背面基板１２に封着された側壁１８の封着面上、ここでは、下地層３１上にインジウムを充填する場合、上記と同様に、背面基板１２を封着材充填装置のホットパネル４２上に位置決めし、充填ヘッド４６により超音波を印加しながら溶融したインジウムを下地層３１に沿って連続的に充填し、この下地層３１に沿って連続的に延びたインジウム層３２を形成する。

つぎに、封着面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された前面基板１１と、背面基板１２に側壁１８が封着されるとともに、この側壁上面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された背面側組立体とは、図１０に示すように、封着面同士が向かい合った状態で、かつ、所定の距離をおいて対向した状態で図示しない治具等により保持され、真空処理装置に投入される。
図１１に示すように、この真空処理装置１００は、順に並んで設けられたロード室１０１、ベーキング、電子線洗浄室１０２、冷却室１０３、ゲッタ膜の蒸着室１０４、組立室１０５、冷却室１０６、およびアンロード室１０７を有している。これら各室は真空処理が可能な処理室として構成され、ＦＥＤの製造時には全室が真空排気されている。また、隣合う処理室間はゲートバルブ等により接続されている。

所定の間隔をおいて対向した背面側組立体および前面基板１１は、ロード室１０１に投入され、このロード室１０１内を真空雰囲気とした後、ベーキング、電子線洗浄室１０２へ送られる。べーキング、電子線洗浄室１０２では、１０^−５Ｐａ程度の高真空度に達した時点で、背面側組立体および前面基板１１を３００℃程度の温度に加熱してベーキングし、各部材の表面吸着ガスを十分に放出させる。
この温度ではインジウム層（融点約１５６℃）３２が溶融する。しかし、インジウム層３２は親和性の高い下地層３１上に形成されているため、インジウムが流動することなく下地層３１上に保持され、電子放出素子２２側や背面基板の外側、あるいは蛍光体スクリーン１６側への流出が防止される。

また、べーキング、電子線洗浄室１０２では、加熱と同時に、べーキング、電子線洗浄室１０２に取付けられた図示しない電子線発生装置から、前面基板１１の蛍光体スクリーン面、および背面基板１２の電子放出素子面に電子線を照射する。この電子線は、電子線発生装置外部に装着された偏向装置によって偏向走査されるため、蛍光体スクリーン面、および電子放出素子面の全面を電子線洗浄することが可能となる。
加熱、電子線洗浄後、背面基板側組立体および前面基板１１は冷却室１０３に送られ、たとえば約１００℃の温度の温度まで冷却される。続いて、背面側組立体および前面基板１１はゲッタ膜の蒸着室１０４へ送られ、ここで蛍光体スクリーンの外側にゲッタ膜としてＢａ膜が蒸着形成される。このＢａ膜は、表面が酸素や炭素などで汚染されることが防止され、活性状態を維持することができる。

つぎに、背面側組立体および前面基板１１は組立室１０５に送られ、ここで２００℃まで加熱されインジウム層３２が再び液状に溶融あるいは軟化される。この状態で、前面基板１１と側壁１８とを接合して所定の圧力で加圧した後、インジウムを除冷して固化させる。これにより、前面基板１１と側壁１８とが、インジウム層３２および下地層３１を融合した封着層３３によって封着され、真空外囲器１０が形成される。このようにして形成された真空外囲器１０は、冷却室１０６で常温まで冷却された後、アンロード室１０７から取り出される。以上の工程により、ＦＥＤが完成する。
以上のように構成されたＦＥＤおよびその製造方法によれば、真空雰囲気中で前面基板１１、および背面基板１２の封着を行うことにより、ベーキングおよび電子線洗浄の併用によって基板の表面吸着ガスを十分に放出させることができ、ゲッタ膜も酸化されず十分なガス吸着効果を得ることができる。これにより、高い真空度を維持可能なＦＥＤを得ることができる。

封着材料としてインジウムを使用することにより封着時の発泡を抑えることができ、気密性および封着強度の高いＦＥＤを得ることが可能となる。同時に、インジウム層３２の下に下地層３１を設けることにより、封着工程においてインジウムが溶融した場合でもインジウムの流出を防止し所定位置に保持することができる。したがって、インジウムの取扱いが簡単となり、５０インチ以上の大型の画像表示装置であっても容易に、かつ確実に封着することができる。
さらに、超音波を印加しながらインジウムを充填することにより、封着面あるいは下地層３１に対するインジウムの濡れ性が向上し、金属封着材としてインジウムを用いた場合でも、インジウムを所望の位置に良好に充填することが可能となる。また、溶融したインジウムを下地層３１に沿って連続的に充填することができ、下地層に沿って切れ目なく延びたインジウム層を形成することが可能となる。

段部の無いノズル先端面であると、インジウムがノズルの先端面周縁から粒状となって周辺へ飛散し易い。これに対して本発明ではノズル５５の先端面５５ｃ周縁に沿って段部Ｄを形成したので、インジウムは一旦、段部５８と下地層３１との間の空間部Ｓに溜ってから下地層３１に塗布されるようになり、飛散を防止してパネル有効面を汚すことがなく、信頼性の向上を得られる。
本実施の形態のように下地層３１を用いた場合、超音波を印加しながら溶融インジウムを充填することにより、充填した時点でインジウムの一部が下地層３１の表面部内に拡散して合金層を形成することができる。そのため、封着時にインジウムが溶融した場合でも、インジウムの流動を一層確実に防止し所定位置に保持することができる。以上のことから、金属封着材の取扱いが容易であり、真空雰囲気中で容易に、かつ確実に封着を行うことが可能な画像表示装置の製造方法を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、前面基板１１の封着面と側壁１８の封着面との両方に下地層３１およびインジウム層３２を形成した状態で封着するようにしたが、いずれか一方、たとえば前面基板１１の封着面のみに下地層３１およびインジウム層３２を形成した状態で封着する構成としてもよい。
また、上述した実施の形態では、封着面に下地層を形成し、その上にインジウム層を形成する構成としたが、下地層を用いることなく直接、封着面上にインジウム層を充填する構成としても良い。この場合においても、超音波を印加しながら溶融したインジウムを充填することにより、封着面に対するインジウムの濡れ性が向上し、所望位置にかつ連続的にインジウムを充填することができる。これらの構成において、インジウムを充填するノズルの先端面に段部を備えていることは言うまでもない。
上述した実施の形態では、電子放出素子として電界放出型の電子放出素子を用いたが、これに限らず、ｐｎ型の冷陰極素子あるいは表面伝導型の電子放出素子等の他の電子放出素子を用いてもよい。また、この発明は、プラズマ表示パネル（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）等の他の画像表示装置の製造にも適用可能である。

本発明の実施の形態に係る、完成されたＦＥＤの斜視図。 同実施の形態に係る、ＦＥＤの一部断面図。 同実施の形態に係る、ＦＥＤの蛍光体スクリーンを示す平面図。 同実施の形態に係る、ＦＥＤの真空外囲器を構成する側壁の封着面と前面基板の封着面に下地層およびインジウム層を形成した状態を示す斜視図。 本発明の実施の形態に係る、ＦＥＤを製造する過程で用いられる封着材充填装置の斜視図。 同実施の形態に係る、封着材充填装置の充填ヘッドと超音波発生部の構成図および前面基板の封着面にインジウムを充填する工程を示す斜視図。 同実施の形態に係る、インジウムを充填する工程時におけるノズルの断面図と下面図。 同実施の形態に係る、インジウムを充填する工程を説明する側面図と、平面図。 同実施の形態に係る、ノズルの互いに異なる形状の段部を説明する断面図。 同実施の形態に係る、封着部に下地層およびインジウム層が形成された背面側組立体と前面基板とを対向配置した状態を示す断面図。 同実施の形態に係る、ＦＥＤの製造に用いる真空処理装置を概略的に示す図。

符号の説明

１２…背面基板、１１…前面基板、１０…真空外囲器、５５ｃ…（ノズルの）先端面、Ｄ…段部、５５…ノズル、３２…インジウム層、１８…側壁、４０…支持台、５６…超音波振動素子、４６…充填ヘッド、５７…供給孔。

Claims (6)

1. 背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有する外囲器と、上記外囲器内に設けられた複数の表示素子と、を備えた画像表示装置の製造方法において、
   先端面の周縁に沿って段部を備えたノズルを上記背面基板と上記前面基板との間の封着面に当て、ノズルに超音波を印加しながら溶融した金属封着材を上記封着面に充填する工程と、
   上記封着面に金属封着材を充填した後、上記金属封着材を加熱して溶融させ、上記背面基板と上記前面基板とを上記封着面で直接あるいは間接的に封着する工程と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
2. 背面基板と、この背面基板に対向配置された前面基板と、上記前面基板の周縁部と上記背面基板の周縁部との間に配設され上記前面基板および背面基板に封着された側壁とを有する外囲器と、上記外囲器内に設けられた複数の画素表示素子とを備え、
   上記前面基板と側壁との間の封着面、および上記背面基板と側壁との間の封着面の少なくとも一方が金属封着材層により封着されている画像表示装置の製造方法において、
   先端面の周縁に沿って段部を備えたノズルを上記少なくとも一方の封着面に当て、ノズルに超音波を印加しながら溶融した金属封着材を上記封着面に充填する工程と、
   上記封着面に金属封着材を充填した後、上記金属封着材を加熱して溶融させ、上記背面基板、前面基板、および側壁を上記封着面で封着する工程と、
   を具備することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
3. 上記金属封着材は、低融点金属材料が用いられることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の画像表示装置の製造方法。
4. 上記低融点金属材料は、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａの単体または、少なくとも一つが含まれる合金であることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置の製造方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像表示装置の製造方法において封着面に対し金属封着材を充填する封着材充填装置であって、
   上記封着面を有する被封着物を位置決め支持する支持台と、
   上記溶融した金属封着材を貯溜する貯溜部、および上記貯溜部から送られる溶融金属封着材を上記封着面に充填するノズルを有する充填ヘッドと、
   この充填ヘッドの上記ノズルに連結され、ノズルに超音波を印加する超音波発生部とを具備し、
   上記ノズルは、中心軸に沿って、上記貯溜部から送られた溶融金属封着材を先端面に供出案内する供給孔を備えるとともに、ノズルの先端面周縁に沿って段部が設けられることを特徴とする封着材充填装置。
6. 上記ノズルは、先端部が断面矩形状に形成され、先端面の封着面接触部分が矩形状に形成されることを特徴とする請求項５記載の封着材充填装置。

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