JP2009057256A - Method for joining glass substrate, and display device using glass substrate - Google Patents
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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ガラス基板の接合方法及びガラス基板を用いた表示装置に関する。 The present invention relates to a glass substrate bonding method including a substrate disposed opposite to each other and a plurality of display elements provided between the substrates, and a display device using the glass substrate.
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。電子放出素子としては、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、電子放出素子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、電子放出素子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。
In recent years, as a next-generation lightweight and thin flat display device, a display device in which a large number of electron-emitting devices are arranged and opposed to a phosphor screen has been developed. As the electron-emitting device, a field emission type device or a surface conduction type device is assumed. Usually, a display device using a field emission type electron-emitting device as an electron-emitting device is a field emission display (hereinafter referred to as FED), and a display device using a surface conduction type electron-emitting device as an electron-emitting device is a surface device. It is called a conduction electron emission display (hereinafter referred to as SED).
The FED has a front substrate and a rear substrate that are arranged to face each other with a predetermined gap, and these substrates are connected to each other through a rectangular frame-shaped side wall to form a vacuum envelope. It is composed. A phosphor screen is formed on the inner surface of the front substrate, and a large number of electron-emitting devices are provided on the inner surface of the rear substrate as electron emission sources that excite the phosphor to emit light. Further, in order to support an atmospheric pressure load applied to the back substrate and the front substrate, a plurality of support members are disposed between these substrates.
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。また、蛍光体スクリーンには高電圧が印加されるため、前面基板、背面基板、側壁、および支持部材用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。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。 The potential on the back substrate side is approximately 0 V, and the anode voltage Va is applied to the phosphor screen. The red, green, and blue phosphors that make up the phosphor screen are irradiated with the electron beams emitted from the electron-emitting devices, and the phosphors emit light to display an image. Further, since a high voltage is applied to the phosphor screen, high strain point glass is used for the front substrate, the rear substrate, the side walls, and the plate glass for the support member. In such an FED, the gap between the front substrate and the rear substrate can be set to several millimeters or less, which is lighter than a cathode ray tube (CRT) currently used as a display of a television or a computer. Thinning can be achieved.
ここで、前面基板と背面基板を接合する方法として特許文献1の方法が知られている。この記載によると、前面基板と背面基板相互の接合面をポリッシングし、その後洗浄して接合面を水で張り付け、さらに電気炉に投入して所定時間過熱し、過熱工程を終了して自然冷却させることで、最終的に前面基板と背面基板を接着させている。
従来の基板の接合方法は、ガラス基板を水で接着した後に電気炉に投入して一定時間過熱することで密着させていたため、ガラス表面を水に濡らした状況から加熱を開始するため内部に気泡が残留し、良好な接合状態を得ることは困難という問題があった。 In the conventional method of bonding substrates, the glass substrate is bonded with water and then brought into close contact by putting it into an electric furnace and overheating for a certain period of time. Remains, and it is difficult to obtain a good bonding state.
本発明は上記問題点を鑑みてなされたもので、基板の接合面における気泡の残留を低減し、良好な接合状態を得ることが可能なガラス基板の接合方法、及びガラス基板を用いた表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a glass substrate bonding method capable of reducing residual bubbles on a bonding surface of a substrate and obtaining a good bonding state, and a display device using the glass substrate. It is an issue to provide.
上記課題を達成するため、本発明のガラス基板の接合方法は、減圧雰囲気下において、第1ガラス基板と第2ガラス基板との双方の接合面を対向して配置させる第1工程と、2つの前記接合面の間に接合部材を配置する第2工程と、前記接合部材内部に温度勾配をつけた状態で前記接合部材の温度が高い部分から温度が低い部分へ順次前記接合部材を前記第1ガラス基板及び前記第2ガラス基板に接合する第3工程とを具備することを特徴とする。減圧雰囲気とは、真空は勿論、0.1Pa以下であることが好ましく、特に 1×10-4Pa近傍が表示装置では好ましい。 In order to achieve the above object, a glass substrate bonding method of the present invention includes a first step in which both bonding surfaces of a first glass substrate and a second glass substrate are arranged to face each other in a reduced pressure atmosphere, A second step of disposing a joining member between the joining surfaces; and sequentially joining the joining member from a portion where the temperature of the joining member is high to a portion where the temperature is low with a temperature gradient inside the joining member. And a third step of bonding to the glass substrate and the second glass substrate. The reduced-pressure atmosphere is preferably 0.1 Pa or less as well as vacuum, and particularly in the vicinity of 1 × 10 −4 Pa is preferable for a display device.
また、請求項1において、前記接合部材の前記温度が高い部分の温度は、350℃以上400℃以下かつ前記第1ガラス基板或いは前記第2ガラス基板のガラス転位点より低い温度であることが望ましい。 In addition, in claim 1, the temperature of the high temperature portion of the bonding member is preferably 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower and lower than the glass transition point of the first glass substrate or the second glass substrate. .
さらに、請求項1において、前記第3工程の前に、補助加熱として250℃以上、350℃以下の温度にて第1ガラス基板、第2ガラス基板、及び前記接合部材の全体を加熱することが望ましい。 Furthermore, in Claim 1, before the said 3rd process, heating the 1st glass substrate, the 2nd glass substrate, and the said whole joining member at the temperature of 250 degreeC or more and 350 degrees C or less as auxiliary heating. desirable.
そしてさらに、請求項1において、前記温度勾配は、2℃/mm以上、15℃/mm以下であることが望ましい。 Furthermore, in claim 1, the temperature gradient is desirably 2 ° C./mm or more and 15 ° C./mm or less.
また、本発明のガラス基板を用いた表示装置は、第1ガラス基板と、第1ガラス基板上に形成されマトリックス状に配置される形成される複数の表示素子と、前記第1ガラス基板に対向配置された第2ガラス基板と、前記第1ガラス基板及び前記第2ガラス基板の双方に接合される前記整合部材とを備えた画像表示装置において、前記第1或いは第2ガラス基板と前記整合部材との接合面に、直径0.1μm以下の気泡が1個/ cm2以上10個/ cm2の範囲で存在することを特徴とする。
The display device using the glass substrate of the present invention is a first glass substrate, a plurality of display elements formed on the first glass substrate and arranged in a matrix, and opposed to the first glass substrate. In the image display device comprising the second glass substrate disposed and the alignment member bonded to both the first glass substrate and the second glass substrate, the first or second glass substrate and the alignment member Are present in the range of 1 /
本発明では、第1ガラス基板と2ガラス基板の間に接合される接合部材の内部の温度勾配を変化させており、温度が高い部分が低い部分に比べてより膨張している為に、この膨張した部分からガラス基板に接触させて順次接合を進めることから気泡を逃がしながら接合することが可能となる。従って、接合面での必要以上の気泡の発生を抑制できるために、必要で所定量の気泡のみを残留させる制御をする事ができる。そして、この残留された気泡が特徴的な働きを持つ。即ち、熱応力により発生したクラックをこの気泡がクラックの進行を妨害するためにクラックの長大化或いは発生を防止できる。 In the present invention, the temperature gradient inside the bonding member bonded between the first glass substrate and the second glass substrate is changed, and the higher temperature portion is expanded more than the lower portion. Since the joining is sequentially performed by bringing the expanded portion into contact with the glass substrate, the joining can be performed while air bubbles are released. Therefore, since it is possible to suppress the generation of more bubbles than necessary on the joint surface, it is possible to control to leave only a predetermined amount of bubbles as necessary. The remaining bubbles have a characteristic function. That is, since the bubbles obstruct the progress of the cracks caused by the thermal stress, the cracks can be prevented from becoming longer or generated.
本発明によれば、第1ガラス基板と2ガラス基板の間に接合される接合部材との接合面での気泡の発生を抑制でき、良好な接合状態を得ることが可能なガラス基板の接合方法、及びガラス基板を用いた表示装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the joining method of the glass substrate which can suppress generation | occurrence | production of the bubble by the joining surface of the joining member joined between the 1st glass substrate and the 2nd glass substrate, and can obtain a favorable joining state. And a display device using a glass substrate can be provided.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
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。このFEDを図1〜図3に示している。図1が表示装置全体を示した斜視図、図2が一部ガラス基板を剥いで内部を示した図、図3が断面図、図4が内部のFED構造を示した図である。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第1の基板として前面基板11、および第2の基板として背面基板12を備え、これらの基板は約1.5〜3.0 mm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、接合部材としての矩形枠状の側壁13を介して周縁部同士が封着され、内部が減圧雰囲気下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。
(Embodiment 1)
First, FED will be described as an example of an image display device manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment. This FED is shown in FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the entire display device, FIG. 2 is a view showing the inside with a glass substrate partially peeled off, FIG. 3 is a cross-sectional view, and FIG. 4 is a view showing an internal FED structure. This FED includes a
前面基板11および背面基板12の周縁部は接合部40により互いに結合されている。すなわち、前面基板11の内面周縁部に位置した接合面と、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。
The peripheral portions of the
減圧外囲器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。
A plurality of
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色に発行する蛍光体層R、G、Bとマトリックス上の黒色吸収部17とで形成されている。上述の支持部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。
As shown in FIG. 4, a
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マトリックス配列され、表示素子として機能する。
As shown in FIG. 3, on the inner surface of the
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。
More specifically, a
上記背面基板12上には、電子放出素子22が接続されてい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、この絶縁層上に側壁13が設けられている。
A matrix-
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。
In the FED configured as described above, a video signal is input to the electron-
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。
Thus, since a high voltage is applied to the
次に、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。 Next, a method for manufacturing the FED configured as described above will be described in detail.
まず、図4に示すごとく、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。
First, as shown in FIG. 4, the
続いて、背面基板12用の板ガラスに図1で示した配線21を形成する。これは、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図示していないが絶縁層を形成する。ついで、有効表示領域において、絶縁層上にそれぞれ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。
Subsequently, the
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、先に板ガラス周縁部のみに形成した配線と接続する。
Subsequently, the electron-emitting
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。
Subsequently, the electron-emitting
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。
Thereafter, a metal film for forming a gate electrode such as molybdenum or niobium is formed on the insulating film by, for example, sputtering or electron beam evaporation. Next, a resist pattern having a shape corresponding to the gate electrode to be formed is formed on the metal film by lithography. Using this resist pattern as a mask, the metal film is etched by wet etching or dry etching to form the
Next, the
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。
図5は、ガラス基板相互の接合方法を詳細に説明する図である。側壁13は、ガラス基板と熱膨張係数が±1.0×10-6/℃以内の例えばここでは8.4×10-6/℃を使用する。まず、背面および前面ガラスと同一材料からなるガラス板から側壁13を切り出す。
Thereafter, for example, molybdenum is vapor-deposited as a cathode forming material by an electron beam vapor deposition method from a direction perpendicular to the surface of the
FIG. 5 is a diagram for explaining in detail a bonding method between glass substrates. For the
次に、本接合技術を用いて、真空中ここでは例えば、1×10-4Paまで真空にした常態で側壁13の面とガラス基板(11、12)とを接合する場合、図5に示すように側壁13の面と基板11、12の面を減圧雰囲気下で対向配置させる。その後、接合を行う。
Next, in the case where the surface of the
図14は接合前の図5に示した状態における側壁13の内部の温度分布を示している。141は側壁の素子側の表面の温度(300℃)、142は素子側とは反対方向の外側の表面における温度(400℃)を示しており144の通りに温度が内部で緩やかな曲線で変化している。143は側壁13の内部の平均の温度勾配であり5℃/mmとなっている。
FIG. 14 shows the temperature distribution inside the
以上の工程を経て形成された表示装置に関して、側壁13とガラス基板11、12との接合面について、超音波顕微鏡を用いて気泡の量、サイズを測定する。その結果、直径100μm以下の気泡で平均の直径サイズが50μmが5個/cm2以下で存在することが判明した。この気泡は、接合温度を350℃から400℃、温度勾配を2℃/mmから15℃/mmの場合、1個/ cm2以上10個/ cm2の範囲で存在することが判明した。これにより、以上の条件範囲であれば、熱応力により発生したクラックをこの気泡がクラックの進行を妨害するためにクラックの長大化或いは発生を防止できる。
With respect to the display device formed through the above steps, the amount and size of bubbles are measured on the bonding surface between the
さらに、図9〜図13を用いてガラス基板の加熱方法を説明する。図9は、図5に示した2つのガラス基板の接合体を熱処理する状態を示しており、ヒーターが主部材120、で副部材1301、1302で構成されている。また、図10では副部材1303が副部材1302と同様の形状になっている。同様に、図11では副部材1303に隣接して断熱部材150が形成されている。図12は最も単純なヒーター構造であり、主部材各ヒーター120のみでヒーターを構成している。各ヒーターの主・副部材の点で示した領域の温度(400℃)がその他の領域に比べて低くなっている。また,紙面上の四角で囲まれた他の領域は雰囲気であり300℃程度に設定されている。
Furthermore, the heating method of a glass substrate is demonstrated using FIGS. FIG. 9 shows a state in which the joined body of two glass substrates shown in FIG. 5 is heat-treated. The heater is composed of a
(実施の形態2)
以下の実施の形態は、実施の形態1と異なる部分のみについて、説明を加える。図6に示すように、実施の形態1のガラス材からなる側壁13の代わりに金属材料とガラス材料の複合体を使用した。図6において、631は金属材料、ここではFe−Ni合金、632はガラス材料、ここではガラスコートである。なお、631、632の熱膨張係数は、ともにガラス基板の熱膨張係数の±1.0×10-6/℃以内で、たとえば8.4×10-6/℃である。以上の実施の形態の場合にも、実施の形態1の場合と同様の効果を期待できる。さらに金属材料631により、応力緩和をすることが出来るため、よりクラックの長大化を防止することできる。
(Embodiment 2)
In the following embodiment, only parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 6, a composite of a metal material and a glass material was used instead of the
(実施の形態3)
実施の形態1と異なる点は、図7で示すように、フリットガラス73を介して、側壁13とガラス基板11とを大気中で接合していることを特徴とする。フリットガラスの接合前の状態は、平均粒径5〜20μm、最大粒径500μmの微粒子である。それをセルロースナイトレート、IPA、水等を含有する溶剤に分散させペースト状にする。フリットガラスの熱膨張率は、ガラス基板に対し1.0x10-6/℃以内にあり、軟化点が300〜350℃に設定する事ができる。
(Embodiment 3)
The difference from the first embodiment is that, as shown in FIG. 7, the
実施の形態1と同様の効果を期待でき、さらに基板11とフリットガラス73とを接合する工程で、フリットガラス内に所定量の気泡を予め形成させておき、その後に、側壁13とガラス基板12とを接合する工程とにし、2つの接合工程に分ける事で確実に上述した気泡のサイズおよび量の所定範囲に制御可能となる。
The same effect as in the first embodiment can be expected, and a predetermined amount of bubbles is formed in the frit glass in the step of bonding the
(実施の形態4)
実施の形態3と異なる点は、図8で示すように、フリットガラス73を介して、ガラス材料632を具備した金属材料631とガラス基板11とを大気中で接合していることを特徴とする。
(Embodiment 4)
Characterized in that the difference from the third embodiment, as shown in Figure 8, which via a
実施の形態3と同様の効果を期待できる。さらに金属材料631により、応力緩和をすることが出来るため、よりクラックの長大化を防止することできる。 The same effect as in the third embodiment can be expected. Furthermore a metal material 63 1, since it is possible to stress relaxation can be prevented more lengthening of cracks.
10 真空外囲器
11 前面基板
12 背面基板
13 側壁
16 蛍光体スクリーン
17 黒色吸収部
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WO2013008724A1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-17 | 旭硝子株式会社 | Double glazed glass and method for producing same |
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