JP2005339897A - 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１２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マトリックス状に形成される配線に接続する複数の表示素子とを備えていて、ノズル５５の超音波伝達部および非超音波伝達部が形成される先端面５５ｃ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インジウムを封着面に充填する工程と、封着面にインジウムを充填した後、インジウム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７

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、背面基板内面上に導電性カソード層を介して二酸化シリコン膜が形成される。この二酸化シリコン膜上にはゲート電極が形成され、ここにはコーン状の電子放出素子が設けられる。そして、背面基板上には電子放出素子に接続されるマトリックス状の配線が形成される。
さらに、前面基板と背面基板の内面周縁部の少なくとも一方に全周に亘って封着材層を形成して、前面基板および背面基板を対向して配置し、前面基板および背面基板の内面周縁部間に周縁部に沿って延びる枠体を配置する。そして、封着材層を加熱して封着材を溶融あるいは軟化させるとともに、前面基板および背面基板を互いに接近する方向に加圧し、前面基板および背面基板の周縁部を封着する。

特に、封着材層は下地層にノズルを用いて低融点金属材料である、たとえばインジウムを充填し、インジウム層を形成する。この工程のときに、超音波を印加しながらインジウムを充填すると、インジウム層のいわゆる濡れ性が向上して、後工程である封着の際に極めて有効となる。
その反面、所定の出力をもって超音波を印加するために、ノズルの先端からインジウムが拡散し易い。極端な場合では、拡散したインジウムが超音波振動にともなって下地層を介してマトリックス状の配線部分まで浸透してしまい、そのため配線部分がショートする虞れがある。
超音波出力を低下させれば、インジウムの拡散が収まるとともに配線部分のショートの防止を図れるが、今度は超音波を用いた効果が得られずに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、配線部分のショートを確実に防止し、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て金属封着材の封着面に対する濡れ性の向上を得られ、しかも配線部分のショートを確実に防止して信頼性の向上を図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マトリックス状に形成される配線に接続された複数の表示素子とを備えていて、
ノズルの超音波伝達部および非超音波伝達部が形成される先端面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ことを特徴とする。

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マトリックス状に形成される配線に接続さ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、
ノズルの超音波伝達部および非超音波伝達部が形成される先端面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、および側壁を封着面で封着する工程とを具備することを特徴とする。
さらに、ノズルに対する超音波の印加出力と、ノズルの移動速度は変更しないことを特徴とする。
さらに、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。
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した貯溜部、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、上記ノズルの先端面は凹部からなる非超音波伝達部と、この非超音波伝達部以外の残された面部である超音波伝達部から形成されることを特徴とする。
さらに、上記ノズル先端面における超音波伝達部は、その面積がノズル先端面全体面積の略１／４程度を占めることを特徴とする。

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する。
ノズル先端面を超音波伝達部と、非超音波伝達部とから構成したので、必要な超音波出力を確保して金属封着材の封着面に対する濡れ性が向上するとともに、金属封着材の拡散を防止して配線部分のショートを確実に防止する。

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て金属封着材の封着面に対する濡れ性が向上するとともに、金属封着材の拡散を防止して配線部分のショートを確実に防止す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ないし図３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、矩形枠状の側壁１３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。
前面基板１１および背面基板１２の周縁部は封着部４０により互いに接合されている。すなわち、前面基板１１の内面周縁部に位置した封着面と、背面基板１２の内面周縁部に位置した封着面との間には、枠体として機能する側壁１３が配置されている。また、前面基板１１と側壁１３との間、および背面基板１２と側壁１３との間は、各基板の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によってそれぞれ封着されている。これら封着層３３および側壁１３により封着部４０が構成されている。

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４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。

再び図３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。
上記背面基板１２上には、電子放出素子２２が接続されるマトリックス状の配線２１が形成され、その端部は背面基板の周縁部に引き出されている。背面基板１２の周縁部において、配線２１上には絶縁層２３が形成され、この絶縁層上に封着部４０が設けられている。

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１３、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。

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１２用の板ガラスに配線２１を形成する。まず、たとえば、Ａｇペースト等によりそれぞれＸ方向に延びた複数本の配線２１を板ガラスの有効表示領域および周縁部に形成するとともに、それぞれＹ方向に延びた複数本の配線２１を板ガラスの周縁部のみに形成する。その後、配線２１に重ねて板ガラスの全面に絶縁層２３を形成する。ついで、有効表示領域において、絶縁層２３上にそれぞれＹ方向に延びた残りの配線２１を形成し、先に板ガラス周縁部のみに形成した配線と接続する。

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１２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１２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。そして、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により封着し、背面基板１２と前面基板１１とを側壁１３を介して互いに封着する。
この場合、図５（ａ）（ｂ）に示すように、前面基板１１の内面周縁部に位置した封着面、および背面基板１２の内面周縁部に位置した封着面に、スクリーン印刷法により銀ペーストをそれぞれ塗布し、枠状の下地層３１を形成する。続いて、各下地層３１の上に、導電性を有した金属封着材としてのインジウムを塗布し、それぞれ下地層の全周に亘って延びたインジウム層３２を形成する。
背面基板１２の周端部近傍まで配線２３の端部が延出されるところから、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る。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ので、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される。

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、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の単体ばかりでなく、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６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６および図７（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、この貯溜部から送られた溶融インジウムを背面基板１２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素子Ｕに連結される。この超音波振動素子Ｕ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６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上に載置された背面基板１２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を上記背面基板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、封着面を上にして背面基板１２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７（ｂ）に示すように、貯溜部５４に溶融状態のインジウムを貯溜した充填ヘッド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、背面基板１２の封着面、ここでは下地層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を作動し金属棒５６を介してノズル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、ノズル先端面５５ｃには背面基板１２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に設定されている。

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。
なお、ここではノズル先端部５５ｂを四角柱状としたが、これに限定されるものではなく、充填すべき部位、すなわち後述するように下地層３１のコーナー部分に対する充填幅の制約上、たとえば円柱状としたり、あるいは八角柱状などの多角柱状とすることはあり得る。
図８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端面から先端面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。また、ノズル先端部５５ｂが四角柱状に形成されるところから、先端部の断面形状は矩形である四角状をなし、さらに先端面５５ｃも四角状になっている。

そして、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ノズル５５の先端面５５ｃは、この全周端部に沿って先端面から一段上がった状態で周端段部５９Ａが切欠加工される。ノズル先端面５５ｃに周端段部５９Ａ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。周端段部５９Ａを除いたノズル先端面５５ｃには縦横所定のピッチで、いわゆるマトリックス状をなす複数条の溝部５９Ｂが設けられる。各溝部５９Ｂの深さ寸法は周端段部５９Ａの深さ寸法よりもさらに一段深い位置にある。
すなわち、ノズル先端面５５ｃは、周縁段部５９Ａと溝部５９Ｂがノズル先端面から凹陥形成され、残りの部分が実質的にノズル先端面を形成している。溝部のピッチが狭くかつ多数本設けられるところから、ノズル先端面５５ｃは多数に小細分化された矩形状面の集合体から構成されることになる。

たとえば、ノズル先端部５５ｂの外径寸法を４０ｍｍ角に設定した場合で、多数の小細分化された矩形状面の集合体として残されたノズル先端面５５ｃは、その１つが０．２ｍｍ角をなすよう形成されている。したがって、残されたノズル先端面５５ｃの面積は、ノズル先端面５５ｃの全面積の略１／６程度となる。種々の実験の結果、残されたノズル先端面５５ｃの面積を最大でも、ノズル先端面５５ｃの全面積の略１／４程度に設定すれば、所期の効果が得られることが判明している。
上記ノズル５５を用いてインジウムを封着面に充填する際は、ノズル先端面５５ｃを封着面に当てて、接触しながら行うのであるが、ノズル先端面５５ｃには周縁段部５９Ａおよび溝部５９Ｂが凹陥形成されていて、これらの部分では直接、超音波を伝達することができない。したがって、これら周縁段部５９Ａと溝部５９Ｂを非超音波伝達部Ｚと呼ぶ。一方、非超音波伝達部Ｚ以外のノズル先端面５５ｃは封着面に当たって超音波を伝達できるので、ここを超音波伝達部Ｑと呼ぶ。

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１０（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。
なお説明すると、ノズル先端面５５ｃを下地層３１に接触して超音波振動素子Ｕからノズル５５に超音波を印加すると、供給孔５７から導かれるインジウムが、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の超音波伝達部Ｑと下地層３１との間の微細な隙間から供出されて超音波を印加される。同時に、供給孔５７から導かれるインジウムは非超音波伝達部Ｚと下地層３１との間の空間部で撹拌混合の状態となる。

すなわち、下地層３１と非超音波伝達部Ｚとの間に形成される空間部分にインジウムが液溜り状に溜り、溜ったインジウムでノズル５５の先端周縁を隠す状態となって、インジウムの周辺への飛散がない。そればかりか、超音波伝達部Ｑを設けることによって必要な超音波印加面積を確保するとともに、超音波出力を少しも下げることなく、かつノズル５５の移動速度を変更せずに印加しているので、下地層３１に対するインジウムの充填を確実に行う一方で、インジウムが配線２３部分まで拡散することを防止でき、よって配線部分のショートが無い。
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。そして、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。さらに、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。

一方、図５（ｂ）に示すように、前面基板１１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、前面基板１１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。
つづいて、基板周縁部に配置される側壁１３を形成する。側壁１３は、断面が円形状をした金属製の丸棒またはワイヤーを用い、必要なサイズに合わせて矩形枠状に折り曲げ加工する。金属としては、たとえば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉの何れか含む単体もしくは合金等の導電性を有した金属、あるいはガラス、セラミック等の導電性を持たない金属を用いることができる。ここでは、Ｆｅを用いた。

そして、図１１に示すように、封着面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された背面基板１２と、インジウム層３２の上に側壁１３が載置された前面基板１２とを、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治具等により保持する。この際、例えば、前面基板１１を上向きとして背面基板１２の下方に配置する。そして、この状態で前面基板１１および背面基板１２を真空処理装置に投入する。

図１２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、ゲッター膜の蒸着室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。
側壁１３が載置された前面基板１１および背面基板１２は、ロード室１０１に投入され、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で下地層上に保持される。そして、溶融したインジウムにより、側壁１３と前面基板１２とが接合される。以後、側壁１３が接合された前面基板１１を前面基板側組立体と称する。
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、前面基板側組立体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、前面基板側組立体および背面基板１２は冷却室１０３に送られ、例えば約１００℃の温度まで冷却される。続いて、前面基板側組立体および背面基板１２はゲッター膜の蒸着室１０４へ送られ、ここで蛍光体スクリーンおよびメタルバック上にゲッター膜として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、前面基板側組立体および背面基板１２は組立室１０５に送られ、ここで２００℃まで加熱される。これにより、インジウム層３２が再び液状に溶融あるいは軟化する。この状態で、インジウム層３２を挟んで側壁１３と背面基板１２とを接合し、互いに接近する方向に所定の圧力で加圧する。この際、加圧された溶融インジウムの一部は、背面基板１２の表示領域または配線領域の方向へ流れようとするが、側壁１３が円形断面を有しているため、溶融インジウムは背面基板１２の封着面と側壁外面との間隔の広い箇所に留まり、側壁の幅を超えて表示領域側または配線領域側へ流れることが防止される。前面基板側組立体においても、再度溶融したインジウムは、前面基板１１の封着面と側壁１３外面との間隔の広い箇所に留まり、側壁の幅を超えて表示領域側または外側へ流れることが防止される。従って、インジウムは、前面基板１１側および背面基板１２側のいずれにおいても、側壁１３断面の最大幅の範囲内に維持される。

その後、インジウムを除冷して固化させる。これにより、背面基板１２と側壁１３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によって封着される。同時に、前面基板１１と側壁１３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、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。
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。

図１３（ａ）〜（ｆ）は、ノズル先端面５５ｃに設けられる超音波伝達部と非超音波伝達部との互いに異なる形態を概略的に示している。

すなわち、図１３（ａ）は先に説明した矩形状の超音波伝達部Ｑが形成されているが、図１３（ｂ）ではノズル先端部５５ｂに対して超音波伝達部Ｑａが４５°傾いて菱形状をなしていて、ノズル先端面５５の全面積に対する超音波伝達率の割合、すなわち下地層３１に対する接触率が互いに約２７％程度になる。特に４５°傾けると、ノズル５５のインジウム充填時における移動方向とは斜めに交差する方向となり、超音波の印加領域が拡大して有利となる。

また、図１３（ｃ）では図において上下に分割された多数の帯状をなす超音波伝達部Ｑｂが設けられていて、下地層３１に対する接触率が約５０％程度となる。図１３（ｄ）では図において上下に分割された複数の帯状をなす超音波伝達部Ｑｃが設けられていて、下地層３１に対する接触率が約３０％程度となり、図１３（ｅ）では図において上下に分割された数本の帯状をなす超音波伝達部Ｑｄが設けられていて、下地層３１に対する接触率が約２０％程度となり、図１３（ｆ）では図において上下に分割された２本の帯状をなす超音波伝達部Ｑｄが設けられていて、下地層３１に対する接触率が約１０％程度となる。以上の形態であっても、ノズル先端部５５ｂに対して超音波伝達部Ｑｂ〜Ｑｅを４５°傾けたものであっても良いことは勿論である。

また、上述した実施の形態では、前面基板１１の封着面と側壁１３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。
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の前面基板を取外した状態を示す斜視図。 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背面基板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のノズルの断面図。 同実施の形態に係る、ノズル先端面の斜視図と、平面図。 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、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。 同実施の形態に係る、ノズル先端面の互いに異なる超音波伝達部の形態を示す図。

符号の説明

１２…背面基板、１１…前面基板、１０…真空外囲器、２１…配線、２２…電子放出素子（表示素子）、Ｑ…超音波伝達部、Ｚ…非超音波伝達部、５５…ノズル、５５ｃ…（ノズルの）先端面、３２…インジウム層、４０…支持台、５４…貯溜部、４６…充填ヘッド、Ｕ…超音波振動素子（超音波発生部）。

Claims (7)

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マトリックス状に形成される配線に接続さ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、
   ノズルの超音波伝達部および非超音波伝達部が形成される先端面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マトリックス状に形成される配線に接続さ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、
   ノズルの超音波伝達部および非超音波伝達部が形成される先端面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. 上記ノズルに対する超音波の印加出力と、ノズルの移動速度は変更しない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ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置の製造方法。
5. 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４記載の画像表示装置の製造方法。
6. 請求項１ないし請求項５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、
   上記ノズルの先端面は、凹部からなる非超音波伝達部と、この非超音波伝達部以外の残された面部である超音波伝達部から形成されることを特徴とする封着材充填装置。
7. 上記ノズル先端面における超音波伝達部は、その面積がノズル先端面全体面積の略１／４程度もしくはそれ以下に設定されることを特徴とする請求項６記載の封着材充填装置。

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