JP2009187823A - 気密容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギービームを効率的に利用できるとともに所望の接合強度を得つつ、製造時のタクトを向上させることができる気密容器の製造方法を提供する。
【解決手段】第１の接合材１４を第１の板構造体１１と枠１２との間に配置し、かつ第２の接合材１５を第２の板構造体１３と枠１２との間に配置する。第１の接合材１４に、第１の板構造体１１を透過させてエネルギービームを照射して第１の板構造体１１と枠とを接合する。第２の接合材１５に、第１の板構造体１１および枠１２の第１の板構造体１１側の面を透過するように枠１２を透過させてエネルギービームを照射して第２の板構造体１３と枠とを接合する。これら接合工程は配置工程の後に行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気密容器の製造方法に関する。

従来、内部を真空気密に維持するガラス外囲器を製造する際には、一例としてフェースプレート、リアプレートおよび外枠からなる各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、電気炉などの封着炉に入れ、または、ホットプレートに載せ（上下からホットプレートで挟む場合もある）、ガラス外囲器全体を封着温度に加熱して、ガラス部材の封着部分をフリットガラスで融着する封着方法が採られている。

特許文献１のガラス外囲器の製造方法においては、まず、サブ局所加熱用ヒータ１０６により封着部近傍を加熱し、アシスト加熱用ホットプレートヒータ１０５により封着部および封着部近傍以外のガラス外囲器全体を加熱している。次いで、半導体レーザ照射走査により、リアプレート１０２と外枠１０３の封着部分であるフリットガラス１０４ａを局所的に封着温度まで加熱する。その後、さらに、フェースプレート１０１と外枠１０３の封着部分であるフリットガラス１０４ｂを封着温度まで局所的に加熱する。すなわち、特許文献１におけるレーザ照射は、外枠１０３の斜め上方から行われ、フリットガラス１０４ａとフリットガラス１０４ｂとは別個にレーザ照射が行われている。
特開２０００−１４９７８３号公報

特許文献１に開示されている製造方法の場合、エネルギービームが枠の側面から入射するため、エネルギービームの一部が枠内面で全反射してしまう。このため、エネルギーが接合材へと到達せず、エネルギーを効率的に利用することが困難であった。

また、第２の接合材側面から入射する残りのエネルギービームは、接合材の温度分布を大きくしてしまっていた。このため、良好な接合を得る面積が低下し、それに伴って接合強度が低下するという問題もあった。

また、上記２点の課題を解決すると同時に、製造時のタクト向上が望まれていた。

そこで、本発明は、エネルギービームを効率的に利用できるとともに所望の接合強度を得つつ、製造時のタクトを向上させることができる気密容器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の気密容器の製造方法は、第１の板構造体と、枠と、第１の板構造体側の面上に配線が配置された第２の板構造体と、を有する気密容器の製造方法であり、以下の工程を有する。

溶融することで第１の板構造体と枠とを接合する第１の接合材を第１の板構造体と枠との間に配置する。また、溶融することで第２の板構造体と枠とを接合する第２の接合材を第２の板構造体と枠との間に配置する。以上の配置工程終了後に、第１の接合工程にて、第１の接合材に、第１の板構造体を透過させてエネルギービームを照射して第１の板構造体と枠とを接合する。また、第２の接合工程にて、第２の接合材に、第１の板構造体および枠の第１の板構造体側の面を透過するように枠を透過させてエネルギービームを照射して第２の板構造体と枠とを接合する。

本発明によれば、本発明は、エネルギービームを効率的に利用できるとともに所望の接合強度を得つつ、製造時のタクトを向上させることができる。

本発明の気密容器は、第１の板構造体、第２の板構造体および枠を有する。第１の板構造体と枠との間には、これらを接合する第１の接合材が配置されている。第２の板構造体と枠との間にはこれらを接合する第２の接合材が配置されている。第１の板構造体と枠とは第１の接合材により接合されている。第２の板構造体と枠とは第２の接合剤により接合されている。

また、第２の板構造体上には、配線が設けられており、第１の板構造体、第２の板構造体および枠で囲まれる空間の外側まで延在している。例えば、気密容器内に表示素子を配置し、表示素子を配線に接続させると、配線に電位を供給することで表示素子に電位を供給可能な画像表示装置を構成することができる。この配線の材料としては、抵抗値などの要求から光透過性の低い材料が用いられる場合がある。

第１の板構造体と枠、第２の板構造体と枠、のそれぞれを接合する方法として、加熱したい部分のみを局所的に加熱できる点で有利であるため、エネルギービームを第１および第２の接合材に照射する方法が用いられる。

エネルギービームの照射の方法としては、従来技術の方法の他に、第２の接合材に第２の接合材側とは反対側の面から第２の板構造体を透過してエネルギービームを第２の接合材に照射する方法を用いることができる。

しかし、第２の板構造体上に配線を設ける気密容器では、第２の板構造体と枠との接合部を通って気密容器外まで配線が延在するため、第２の板構造体と枠との間に配線が存在する。すなわち、第２の板構造体と枠との接合部は、第２の板構造体、配線、第２の接合材、枠、の順に配置される部分を有する。

そのため、上記の構成の気密容器では、配線によりエネルギービームが弱められる、または遮られるため、配線と枠との間の第２の接合材に十分なエネルギーを与えることができないことがある。これにより、第２の板構造体と枠との接合が不十分になることがある。

そこで、本発明では、エネルギービームを第１の板構造体を透過させて、第１および第２の接合材の両方に照射させることで、第２の板構造体と枠との良好な接合を実現することができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図９を用い、以下に具体的に説明する。

図１は本発明の気密容器を示す図であり、図１（ａ）、及び図１（ｂ）はそれぞれ断面図、上面図である。図２〜図５は図１（ａ）の破線で示す部分図であり（配線１７は不図示）、本発明の気密容器が適用される、第１の接合材及び第２の接合材の配置を説明する図である。図６〜図９は、同じく図１（ａ）の破線で示す部分図であり、本発明における気密容器の製造方法の、他の例を示す。

図１において、第１の板構造体１１、枠１２、第２の板構造体１３は、ガラス、プラスチック等の、特定のエネルギービーム１６を透過する材料からなる。また、これら各部材に高い真空度が求められ、かつ内部が空間であって耐大気圧構造が必要な場合、より気体分子を通過させにくく剛性の高いガラスを適用するのが好ましい。

枠１２の第１および第２の板構造体が対向する方向の厚さ（枠１２の厚さ）は、実質的には０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。また、枠１２の延在方向に垂直方向の厚さ（枠１２の幅）は、実質的に１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

第１の接合部材１４及び第２の接合部材１５は、金属、ガラス、樹脂等の特定のエネルギービーム１６を吸収する材料からなるが、材料コスト、加工コストが安価であることからアルミニウム等の金属が好ましい。

これら部材を、まず、配線１７が形成された第２の板構造体１３、第２の接合部材１５、枠１２、第１の接合部材１４、第１の板構造体１１の順の位置関係になるように配置する、配置工程を行なう。このとき配線１７は、第２の接合部材１５が金属等の電気伝導体である場合、必要に応じて絶縁体材料で覆う等の処理を行う。また、表示素子に接続するように配線１７を配置する。

なお、第１の接合材および第２の接合材は、第１の板構造体、枠、第２の板構造体のいずれかの表面に予め接合、あるいは形成されていてもよい。

エネルギービーム１６としては、ランプ、電子線、レーザ（マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線、Ｘ線）等が挙げられるが、周囲への熱等の影響を小さくするために照射スポットが絞れ、入手しやすいレーザが好ましい。その中でも、ガラスを透過し、アルミニウム等の金属で吸収される、可視光〜近赤外の波長が好ましく、入手しやすい点から８００ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の波長のレーザがさらにより好ましい。

エネルギービーム１６は、枠１２の第１の板構造体１１側の面に照射される。このとき、照射される領域の少なくとも一部が、第２の接合材１５の枠１２側の面内に投影されるように、エネルギービーム１６の枠１２の第１の板構造体１１側の面に対する入射角度、枠１２の幅に対する位置を適切に調整する。

ここで、枠１２の第１の板構造体１１側の面に照射される領域とは、あるエネルギービーム１６が第１の板構造体１１を屈折、透過するビームスポットの大きさのうち、第１の接合材１４に吸収されずに枠１２に到達する領域のことである。またエネルギービーム１６の枠１２の第１の板構造体１１側の面に対する入射角度は、枠１２に沿う方向、枠１２と垂直な方向のいずれに対しても、−９０°〜＋９０°の任意の値をとっても実現可能である。

上記の照射条件を満たすため、例えば、第１の板構造体１１、枠１２、第２の板構造体１３、第１の接合材１４、第２の接合材１５及びの配置としては図２〜図５のような配置が考えられる。

図２では、第１の接合材１４と第２の接合材１５が、板構造体１１、１３の表面に対して平行な方向にずれて配置される。そして、第１の板構造体１１の表面に対して垂直に入射したエネルギービーム１６が第２の接合材１５に照射される。

また、エネルギービーム１６の入射角度は、図２のように第１の板構造体１１の表面に対して垂直させるだけでなく、図３のように、エネルギービーム１６の入射角度を調整してもよい。図３に示すエネルギービーム１６の入射角は、第１の板構造体１１の表面に対して垂直ではなく、若干傾斜させている。

また、図４のように、第２の接合材１５は、第１の接合材１４の直下に位置する部分を有していてもよい。あるいは、図５のように、第１の接合材１４は、第２の接合材１５の真上に位置する部分を有していてもよい。

これら図４及び図５の構成の場合、エネルギービーム１６は第１の板構造体１１の表面に対して垂直および平行にならないようにして、第２の接合材１５に照射させる。すなわち、エネルギービーム１６が第１の接合材１４に遮られることなく、枠１２の第１の板構造体１１側の面を通過して第２の接合材１５に到達するようにするためである。

なお、第１の接合材１４と同じ幅の第２の接合材１５が、第１の接合材１４の直下に正対するように配置してもよい。

また、他の配置方法として、図６のように、第１の板構造体１１と枠との間の、第１の接合材１４の近傍に、エネルギービーム１６を透過するような部材３１があってもよく、図７のように第１の接合材１４と第２の接合材１５の位置関係が逆でもよい。

上記配置工程の後、図１（ｂ）に示すように、第１の板構造体１１を透過する局所的なビームスポット形状を持つエネルギービーム１６を、第１の接合材１４に沿って周状に照射する。さらに、第１の板構造体１１および枠１２を透過する局所的なビームスポット形状を持つエネルギービーム１６を、第２の接合材１５に沿って周状に照射する。実質的なスポットサイズは、ビームスポットが円形の場合０．１ｍｍ〜１０ｍｍの値をとる。また、パワーは１０Ｗ〜１ｋＷ、移動速度は０．００１ｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ／ｓｅｃの値をとる。

このようにして第１の接合材１４及び第２の接合材１５を局所的に軟化あるいは溶融させ、第１の板構造体１１と枠１２、枠１２と第２の板構造体１３をそれぞれ接合する。

なお、第２の接合材１５に照射するエネルギービーム１６は、枠１２の第１の板構造体１１側の面を透過するように照射することで、エネルギー吸収効率が高い状態で第２の接合材１５に照射できるため好ましい。

これは、以下のように説明できる。エネルギービーム１６の波長が１μｍ以下のときに、一般的なガラスや、プラスチック等の一般的な樹脂の屈折率は通常１．４５程度より大きい値をとる。このとき、枠１２と第２の接合材１５との接触面に垂直方向に対する角度（入射角）が４０度以上になると、エネルギービーム１６が枠１２と第２の接合材１５との接触面で全反射され、第２の接合材１５が十分加熱されない。

ここで、枠１２の側面を透過するようにエネルギービームを照射すると、枠１２の側面に対して入射される角度をどのようにしても、枠１２と第２の接合材１５との接触面へのエネルギービームの入射角が４０度以上となる。これは、空気と枠１２との屈折率の違いによってエネルギービームが枠１２の側面で屈折されて、枠１２と第２の接合材１５の接触面への入射角の範囲が小さくなることによるものである。従って、エネルギービームは枠１２と第２の接合材１５との接触面で全反射するため、第２の接合材１５には吸収されない。

一方、エネルギービーム１６を枠１２の第１の板構造体１１側の面を透過するように照射すれば、枠１２と第２の接合材１５との接触面へのエネルギービームの入射角を４０度未満とすることができる。

ところで、第２の接合材１５を加熱する方法として、エネルギービーム１６を第２の接合材１５の側面へ直接照射することも考えられる。この方法では、第２の接合材１５の側面での発熱が大きく、第２の接合材１５の温度分布が大きい。このため、良好な接合状態をなすための温度領域が狭くなってしまい、従って接合領域が狭くなってしまう。

これに対して、本発明の製造方法は、第２の接合材１５にエネルギービームスポットサイズでエネルギーを伝達でき、良好な接合状態をなす、温度分布がゆるやかな領域を広く取ることができる。

より好ましい接合をなすために、図８のように第１の接合材１４に対するエネルギービーム１６と、第２の接合材１５に対する第２のエネルギービーム３２の、スポットサイズ、パワー、移動速度、波長等を任意に調整してもよい。

また、装置構造をより簡略化して装置コストを抑え、エネルギービームの照射のタクトを短縮するため、図９に示すような照射方法を採用してもよい。すなわち、第１の接合材１４と第２の接合材１５を同時に照射するように、エネルギービーム１６のビームスポット形状を、円形、楕円形、矩形のように調整してもよい。あるいは、ビームスポット内でのエネルギー密度に分布を、一様、または正規分布等のような、任意のプロファイルを持たせてもよい。

また、エネルギービーム１６の数、すなわち、エネルギー源は１つでもよいし、複数でもよく、工程のタクトと装置のコストを鑑み、好適な本数を選択できる。エネルギービーム１６が複数のときは、お互いに距離をおいて走査してもよいし、近接して走査してもよく、温度分布を鑑み、好適な位置関係を選択できる。またエネルギービーム１６は、同一の場所に対して、１回または複数回照射してもよく、好適な接合を得るために、それぞれのエネルギービーム１６のエネルギー強度、ビームスポット形状が互いに異なっても良い。

なお、本発明では、上述のように第２の板構造体１３、第２の接合部材１５、枠１２、さらには第１の接合部材１４、第１の板構造体１１を全て配置した後、エネルギービームを照射した。これに対して、第２の板構造体１３、第２の接合部材１５、枠１２の配置後、エネルギービーム１６を照射し、その後に、第１の接合部材１４、第１の板構造体１１を配置後、エネルギービームを照射する２段階配置−接合工程が考えられる。しかしながら、配置工程を２段階に分けると製造タクトが低下してしまう。これに対して本発明の場合、配置工程が一回省略できることでタクトが短縮されるため、より好ましい製造方法といえる。

次に、このような気密容器を用いて構成した、画像表示装置の一例について、図１０を用いて説明する。

図１０は、電子放出素子を備える画像表示装置の斜視図である。説明の便宜上、一部を取り除いた図を示している。

図１０において、２１は電子放出素子部分、２２、２３は、電子放出素子の一対の電極と接続された行方向配線および列方向配線、２４はメタルバック、２５は蛍光膜、２６はメタルバック２４に電位を供給する端子である。行方向配線２２および列方向配線２３は、前述した配線１７に相当する。尚、フェースプレートと電子源基板５１との間に、スペーサとよばれる不図示の支持体を少なくとも１つ設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器６６を構成することもできる。

図１０の画像表示装置の製造方法を以下に説明する。
（１）従来公知の手法により、第１の板構造体１１上に蛍光膜２５およびメタルバック２４を設ける。
（２）従来公知の手法により、第２の板構造体１３上に電子放出素子２１および行方向配線２２と列方向配線２３とを設ける。
（３）（１）で得られた第１の板構造体１１と（２）で得られた第２の板構造体１３とを対向させ、第１の板構造体１１、第１の接合材１４、枠１２、第２の接合材１５、第２の板構造体１３の順に配置する。
（４）上述した気密容器の製造方法を適用し、エネルギービームを第１の接合材１４、第２の接合材１５に照射し、第１の板構造体１１と枠１２、第２の板構造体１３と枠１２のそれぞれを接合する。

以上により、画像表示装置を作成することができる。

なお、本発明の画像表示装置は、上述の電子放出素子を用いたものだけでなく、有機ＥＬを表示素子としたものや、プラズマディスプレイなどにも適用可能である。

［実施例１］
本発明による気密容器の製造方法は、図１に示すように、まず対角７インチの高歪点ガラス基板に、薄膜素子、配線、絶縁材料、その他の材料などを形成し、第１の板構造体および第２の板構造体を作成する。薄膜素子は表示素子を構成するための素子である。配線は、薄膜素子を駆動する信号を送るためのものである。絶縁材料は、配線と接合材との絶縁を確保するためのものである。

なお、第１および第２の板構造体は、既存の平面型表示装置用として適用されるものをそのまま適用し、第１および第２の板構造体を封着する前までの作業工程は既存の技術と同一の工程が実施される。

次に、幅２ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの枠を用意し、第２の板構造体に、枠が配置される位置の外側に沿うように、厚さ５０ｕｍ、幅１ｍｍの純度９９．９９％のアルミニウム材でできた第２の接合材を配置した。

この後、第２の接合材の上に配置された第２の接合材の上に枠を配置し、枠上の枠の内側に沿うように、厚さ５０ｕｍ、幅１ｍｍの純度９９．９９％のアルミニウム材でできた第１の接合材を配置した。その上に第１の板構造体を配置し、適切アライメントを行なった。

このように配置したワークに対し、照射するエネルギービームとして、波長が近赤外線の半導体レーザを２本用いた。内１本のスポットが、第１の接合材に全て収まるように配置し、別の一本のスポット面積の８０％が、第２の接合材に入るように、第２の接合材の端部付近に配置した。

いずれのレーザも、第１の板構造体の表面に対して９０度の角度となるように調整した。

第１の板構造体を透過して第１の接合材に対してレーザ１を２０ｍｍ／ｓｅｃの速さで移動照射し、第１の板構造体および枠を透過して、第２の接合材に対してレーザ２を同じ速さで移動照射した。この照射を連続的に、第１および第２の接合材に対して周状に行い、気密容器を形成した。このとき、第２の接合材の接合でのレーザのエネルギー利用効率は１６％であった。また、接合は一様になされており、出来上がった気密容器を３００℃でベークしても、剥離が発生することなく、接合は良好に保たれていた。

尚、この一連の工程で１５分の時間を要した。
［比較例］
レーザ２を、枠側面の方向から、第２の板構造体に対する入射角を４５°にして第２の接合材に照射して接合を行なった。すると、レーザ２が枠を透過した成分に起因する温度上昇はなく、第２の接合材に直接照射した成分によってのみ温度上昇が確認された。このとき、実施例に対して接合領域が１／３程度にとどまっていた。このときのレーザのエネルギー利用効率は１％であった。

でき上がった気密容器を３００℃でベークし、接合部を確認したところ、一部にクラックが発生しており、気密容器としての強度を保つことができなかった。
［実施例２］
実施例１と同様にして配置とアライメントを行い、レーザを１本のみ用いることで装置を簡素化した。

図１０のように、スポット中心が、第１の接合材の端部になるように配置し、スポット面積の半分が、第２の接合材１５に照射されるように配置し、実施例１と同様に移動照射し、気密容器を形成した。このとき、第２の接合材の接合でのレーザのエネルギー利用効率は１０％であった。また、実施例１と同様に、接合は一様になされており、出来上がった気密容器を３００℃でベークしても、剥離が発生することなく、接合は良好に保たれていた。
［実施例３］
実施例１と同様に配置したワークに対し、照射するエネルギービームとして、波長が近赤外線の半導体レーザを２本用いた。このうち、１本のスポットが、第１の接合材に全て収まるように配置し、別の一本のスポットを、第２の接合材に全て収まるように、第２の接合材の中央付近に配置し、実施例１と同様に移動照射し、気密容器を形成した。このとき、第２の接合材の接合でのレーザのエネルギー利用効率は２０％であった。また、実施例１と同様に、接合は一様になされており、さらに、実施例１よりも接合幅を広くなったため接合を強固にすることができた。出来上がった気密容器を３００℃でベークしても、剥離が発生することなく、接合は良好に保たれていた。

以上述べたように、本実施例は、比較例に対して、入射エネルギーを効率よく利用でき、良好な接合を可能にした。更に本実施例では比較例に対して装置を簡素化できた。

本発明の気密容器の製造方法の一例を示す、断面図および上面図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の一例を示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例を示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例を示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例を示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例及びエネルギービームの照射例示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例及びエネルギービームの照射例示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例及びエネルギービームの照射例示す図である。 本発明の気密容器の製造に用いられる接合材の配置の他の例及びエネルギービームの照射例示す図である。 本発明の気密容器を用いて構成した画像表示装置の一部破断斜視図である。

符号の説明

１１ 第１の板構造体
１２ 枠
１３ 第２の板構造体
１４ 第１の接合材
１５ 第２の接合材
１６ エネルギービーム
１７ 配線

Claims (3)

1. 第１の板構造体と、枠と、前記第１の板構造体側の面上に配線が配置された第２の板構造体と、を有する気密容器の製造方法において、
   溶融することで前記第１の板構造体と前記枠とを接合する第１の接合材を前記第１の板構造体と前記枠との間に配置し、かつ溶融することで前記第２の板構造体と前記枠とを接合する第２の接合材を前記第２の板構造体と前記枠との間に配置する配置工程と、
   該配置工程の後に、前記第１の接合材に、前記第１の板構造体を透過させてエネルギービームを照射して前記第１の板構造体と前記枠とを接合する第１の接合工程と、
   前記配置工程の後に、前記第２の接合材に、前記第１の板構造体および前記枠の前記第１の板構造体側の面を透過するように前記枠を透過させてエネルギービームを照射して前記第２の板構造体と前記枠とを接合する第２の接合工程と、
   を含むことを特徴とする気密容器の製造方法。
2. 前記第１及び第２の接合工程で、同じエネルギー源から前記第１及び第２の接合材にエネルギービームを照射する、請求項１に記載の気密容器の製造方法。
3. 前記第２の接合工程で、前記枠の前記第１の板構造体側の面にエネルギービームが照射される領域の全体が、前記第２の接合材の前記枠側の面内に投影されるように、前記第２の接合材にエネルギービームを照射することを特徴とする気密容器の製造方法。

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