JP2009294449A - 気密容器並びに該気密容器を用いた画像表示装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板表面に設けた溝内に配線を配置した場合においても、配線上で気密な接合を実現する。
【解決手段】 配線が、溝の内部に配置された部分から連続し、溝の外部に配置された部分を有しており、第１基板と第２基板は、配線の溝の外部に設けられた部分の上に、配線と交差して設けられた接合部材を介して接合する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、表面に設けられた溝の内部に配置された配線を備えた配線基板を用いた気密容器ならびに画像表示装置に関するものである。

フラットパネルディスプレイには、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、無機ＥＬディスプレイや有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）やフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などがある。これらのフラットパネルディスプレイは、平板状の気密容器を備えており、その内部（内部空間）には、複数の配線が設けられている。ＬＣＤでは気密容器の内部に液晶材料が配置され、ＰＤＰでは、気密容器の内部に放電用のガスが配置される。ＥＬディスプレイは、気密容器の内部が窒素などの所定のガスが配置されるか、気密容器の内部が大気圧よりも低い圧力に維持される。また、ＦＥＤでは気密容器の内部が大気圧よりも低い圧力（好ましくは真空）に維持される。そして、気密容器は、例えば、一対の基板を所定の間隔に維持するように、一対の基板の外周部をシール機能と接着機能とを備える接合部材を用いて接合させることによって、形成される。気密容器の内部に設けられた複数の配線（一方の基板上に設けられた配線）は、気密容器の外部に設けられた駆動回路と接続するために、気密容器の内部から気密容器の外部に延在させる必要がある。

特許文献１は、一対の基板間を接合する位置を各画素を駆動するための配線の上に設定した場合に、接合部における気密性の低下を解決するため手法が開示されている。

一方、ディスプレイの高精細化が進展するに伴い、配線自身の高さや精度が問題となるような場合があった。そのため、特許文献２〜４に開示されているように、基板の表面に溝を設け、この溝内に配線を設ける方法が検討されている。この方法によれば、膜厚の大きな配線を、印刷法などを用いて高精度に基板上に設けることができる。
特開平０９−２７７５８６号公報 特開２０００−２５１６８０号公報 特開２００６−０６６３３７号公報 特開２００７−３３５２４１号公報

基板の表面に延在して設けた溝内に配線を配置し、この溝の上で、一対の基板を気密に接合する場合、基板材料の熱膨張係数と、溝内に充填した配線材料の熱膨張係数の差や、配線材料の焼結収縮などが生じる。そのため、溝の内壁面と配線との間に空隙が生じてしまうことがあった。その結果、接合部における気密性が低下してしまう場合があった。

そこで、本発明は、基板表面に設けた溝内に配線を配置した場合においても、配線上で気密な接合を実現することのできる、配線基板、気密容器並び画像表示装置およびそれらの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明における第１の発明は、表面に延在する溝と配線とを有する第１基板と、該第１基板と対向して配置された第２基板とが接合部材を用いて接合されてなる気密容器であって、前記配線は、前記溝に沿って前記溝の内部に配置された部分と、前記溝の内部に配置された部分と連続し、前記溝の外部に配置された部分とを備えており、前記第１基板と前記第２基板は、前記配線の前記溝の外部に設けられた前記部分の上に、前記配線と交差して設けられた前記接合部材を介して接合されている、ことを特徴とする。

また、本発明における第２の発明は、表面に延在する溝と配線とを有する第１基板と、該第１基板と対向して配置された第２基板と、を備えた気密容器の製造方法であって、表面に延在する溝を備える第１基板を用意し、該溝の内部から該溝の外部まで延在する配線を形成する工程と、前記配線と交差するように、前記配線の前記溝の外部に位置する部分の上に、接合部材を設ける工程と、前記接合部材を介して、前記第１基板と前記第２基板を接合する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、上記第１の発明および第２の発明を、気密容器を備える画像表示装置およびその製造方法に用いることを特徴とする。

本発明は、基板表面に設けられた配線が、溝内に設けられた部分と、平坦な基板表面上に設けられた部分とを備え、平坦な基板表面上（溝の外部）に位置する部分の配線上において、接合する構成とする。

これにより溝の内壁と当該溝の内部に配置された配線との間に間隙が生じたとしても、接合部における気密性の低下を抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１（Ａ）は、配線基板（第１基板）１００の平面模式図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面模式図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ’線における断面模式図である。

図１において、１は基板であり、２は基板の表面（第１の主面）に設けられた、配線を埋設させるための溝である。ここでは、溝２が基板１の表面に沿って、一方向に延在した形態を示している。しかし、本発明では、求められる配線の形状に応じて溝２の延在する方向は適宜設定することが可能である。基板１の表面は、第１領域１０とそれを取り囲む第２領域１１とを備える。配線を埋設させる溝２は第１領域１０内にのみ設けられており、第２領域１１には配線を埋設させる溝２は設けられていない。尚、ここで言う「埋設」とは、配線の断面が矩形であると仮定すると、その側面と底面（下面）とが囲まれた状態を指す。３は、第１領域１０と第２領域１１に跨って延在するように設けられ、その一部が、第１領域１０内に位置する溝２に埋設された配線である。即ち、配線３は溝２の内部（第１領域１０）に配置された部分と、当該部分に連続し、溝２の外部（第２領域１１）に配置された部分とを備える。

また、ここでは、第１領域１０の外周全てを掘り下げているが、少なくとも、溝２の延長線上に位置する基板表面を掘り下げればよい。しかしながら、後述する気密容器を形成するという観点では、第１領域１０の外周を、溝２と同じ深さに掘り下げることが好ましい。

また、ここでは、基板の表面を掘り下げることで溝を形成する形態を示すが、逆に、平らな基板の表面に土手を形成して溝２を形成することもできる。製造コストの観点や製造の容易性から、基板表面を掘り下げる形態の方が好ましい。

また、ここでは、配線３は、第１領域１０上に加えて、配線３の延在する方向に存在する一対の端部のそれぞれが第２領域１１上に設けられている。しかしながら、本発明では、配線３の基板１の表面に平行な方向（配線３の延在する方向）における両端のうちの少なくとも一方が第２領域１１上に配置される。

尚、図１で示す例 は、第１領域１０を、溝２と同じ深さで、掘り下げた例である。しかし、第１領域１０は必ずしも掘り下げなくても良い。即ち、図６（ｃ）に示すように、溝２を第１領域１０と第２領域１１の境界で階段状に終わらせる形態とすることもできる。また、例えば、図６（ｂ）に示すように、溝２の終端の深さを、第１領域１０から第２領域１１に向かって、緩やかに減少させた形態とすることもできる。このように、溝２の終端の深さを徐々に減少させることが、配線３が溝２の終端で断線しないためには好ましい。尚、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、基板１の外周部近傍の平面図を模式的に表した図６（ａ）におけるＢ−Ｂ’線における断面模式図である。

配線基板１００を以上のような構造とすることにより、第２領域１１上に位置する配線３上に、気密性を要求される接合部を設けても、高い信頼性での接合が可能となる。尚、ここで言う「接合」とは接着性と気密性を兼ね備えた接続を意味する。

図３に、本発明の配線基板１００を用いた気密容器１０１の一例を示す。図３の一番上（Ａ）が平面模式図であり、中央（Ｂ）がＡ−Ａ’における断面模式図であり、一番下（Ｃ）がＢ−Ｂ’における断面模式図である。気密容器１０１は第１基板１と第２基板３１との間に、枠５が設けられており、枠５と第１基板１が第１接合部材４で接合され、枠５と第２基板３１が第２接合部材４１で接合されている。そして、気密容器１０１の内部空間９０が気密に保持されている。

以下、図２（Ａ）〜（Ｆ）を用いて、図３に示した気密容器１０１の製造方法の一例を示すことで、本発明の配線基板１００の製造方法の一例を同時に説明する。尚、図２においても、（Ａ）〜（Ｆ）のそれぞれの図の一番上が平面模式図であり、中央がＡ−Ａ’における断面模式図であり、一番下がＢ−Ｂ’における断面模式図である。

（工程１） まず、第１基板１を用意する（図２（Ａ））。
用意する基板１は対向する第１の主面と第２の主面とを備える。基板１としては絶縁性材料であれば特に限定されるものではない。例えば、ガラス基板を用いることができる。

（工程２） 基板１の表面（第１の主面）の中央に位置する領域（第１領域）１０内の所定部分をエッチングすることで、第１領域１０内に溝２を複数形成する（図２（Ｂ））。

また、第１領域１０を取り囲む領域もエッチングして第２領域１１を形成する。エッチング方法としては、各種公知の方法を用いることができるが、例えばサンドブラスト法を用いることが好ましい。

サンドブラスト法を用いる場合には、基板１の表面に、溝２に対応するサンドブラスト用レジストパターンを形成した後に、サンドブラスト処理を行う事により、所定の形状の溝２を形成することができる。サンドブラスト条件を制御する事により、例えば、５０〜３００μｍ幅で、１０〜１００μｍ深さの溝２を形成する事が可能である。この時、第２領域１１に対応するレジストパターンを設けることで、第１領域１０の外周部の領域も掘り下げることができる。

尚、前述したように、本発明は、基板表面を掘り下げる形態だけでなく、第１領域１０に溝２を形成するための土手を設ける方法を採用してもよい。

（工程３） 工程２で形成された溝２内および第２領域１１上に、第１領域１０と第２領域に跨って延在するように、配線３を設ける（図２（Ｃ））。
例えば、スクリーン印刷法を用いて配線３を設ける場合には、配線材料として導電性ペースト（例えば金属粒子を含有したペーストである金属ペースト）を用いる。そして、これを溝２に充填しながら、第２領域上に連続して導電性ペーストを印刷する。その後、８０〜１２０℃で加熱することで導電性ペースト中の溶剤の蒸発乾燥を行なう。その後４００〜５００℃で焼成を行って配線３を設ける。このときペーストに含有されている少量のガラスフリット成分により、領域１１においては基板２の表面と配線３とが密着し、領域１０においては溝２の内壁と配線３とが密着する。この工程により、溝２の内部に配置された部分から連続し、溝２の外部に配置された部分を有する配線３が形成できる。

金属ペーストを構成する金属は例えばＡｇを用いることができる。しかし、金属ペーストに用いることのできる金属としてはＡｇに限定されるものではない。焼成工程において酸素分圧をコントロールすればＣｕやＮｉなどの金属も、金属ペーストに適用可能である。以上の工程１〜工程３によって配線基板１００を形成することができる。

（工程４） 第２領域１１上に、第１領域１０を取り囲む様に、閉環状（ロの字状または閉ループ状）に、ガラスフリットやインジウムなどからなる第１接合部材４を設ける（図２（Ｄ））。
換言すると、第２領域１１上においては、少なくとも、第２領域１１に位置する配線３の一部の上に、配線３と交差するように接合部材を設ける。接合部材４としては、ガラスフリットに限定されるものではなく、種々の接合部材を用いることができる。但し、気密容器を形成する場合には、接合部材には、接着性とシール性（気密性）を併せ持つことが求められる。また、領域１１において、それぞれの配線３の一部は、接合部材４で埋め込まれた状態とすることが好ましい。即ち、配線の上面と側面とを接合部材４で覆う形態とすることが好ましい。

接合部材４としてガラスフリットを用いる場合には、スクリーン印刷法などにより、所定のパターンにガラスフリットを印刷し、８０〜１２０℃の溶剤乾燥後３００℃程度の仮焼成により配線３上及び基板１上へ固着させる。

（工程５） 接合部材４上に枠５を配置する（図２（Ｅ））。
枠５の材料は特に制限はないが、配線３間の短絡を回避するため等の理由から絶縁性の部材（例えばガラス）であることが好ましい。
接合部材４がガラスフリットである場合には、ガラスフリット上に枠５を配置し、その後、４００〜５００℃で加熱して、ガラスフリット４を介して枠５と基板１とを固着する。

（工程６） 第２基板３１を用意し、第２基板３１の第１基板１に対向させる面上に、前記した工程４と同様にて第２接合部材４１を設ける。そして、第接合部材４１が設けられた第２基板３１を、枠５上に載置し、枠５と第２基板３１とを接合部材４１によって接合させる（図２（Ｆ））。

以上の工程１〜工程６により、気密容器１０１を形成することができる。

工程６における雰囲気を制御することで、気密容器１０１の内部空間９０を所定の雰囲気にすることができる。例えば窒素ガス雰囲気中で工程６を行えば、内部空間９０を窒素雰囲気にすることができるので、有機ＥＬディスプレイに適用できる。また、放電ガス雰囲気中で工程６を行えば、プラズマディスプレイに適用することができる。また真空雰囲気中で工程６を行えば、フィールドエミッションディスプレイに適用することができる。

尚、ここで説明した例では工程４〜工程６を別々の工程として行ったが、同時に行っても良い。また、第１基板１と第２基板３１とが離間されるが、その離間される距離（間隔）によっては、枠５を設けないでも良い場合もある。例えば、ＰＤＰ用の気密容器やＬＣＤ用の気密容器では第１基板と第２基板との間隔が非常に短いので枠５を設けない場合が多い。このような場合には、第１基板１と第２基板３１とが接合部材を介して（枠５は介さずに）接合される。さらに、ここでは、枠５を第１基板および第２基板とは別部材とした。しかしながら、予め枠５を第１基板１または第２基板３１に接合しておいてもよい。また、予め枠５に相当する部分を、第１基板１及び／または第２基板３１に一体的に形成しておいても良い。

また、ここでは、一方向に延在する複数の配線３のみを基板１上に設けた例を説明した。しかしながら、配線基板１００の用途に応じて、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、配線３と交差する方向に延在する複数の配線４０を設けることもできる。尚、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面模式図である。このように交差する配線（３、４０）を形成し、交差部に各種のデバイス１５を設ければ、交差部のデバイスを個々に独立して駆動することができる。例えば、交差部にＥＬデバイスを設ければ、ＥＬディスプレイとすることができる。また、交差部に電界放出素子やＭＩＭ型電子放出素子や表面伝導型電子放出素子を設け、第２基板３１上に発光体とアノードを設ければ、フィールドエミッションディスプレイや表面伝導型電子放出ディスプレイとすることができる。

以下、より具体的な例を基に本発明を説明する。

図２および図３、図５を用いて本発明を用いた実施例を説明する。本実施例では、図５に示した、表面伝導型電子放出素子１５を備えた配線基板１００を有する気密容器を用いたディスプレイパネルを作成した。尚、説明の簡略化のため、図２と図３を用いたが、本実施例では、図２と図３に示された構成に、図５に示された様に電子放出素子１５と配線４０が付加されている。

（工程１）
縦３００ｍｍ×横３５０ｍｍ、厚さ２．８ｍｍのガラス基板１上の表面にスパッタ法によりＰｔ膜を厚さ４０ｎｍに全面成膜する。続いて、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、表面伝導型電子放出素子１５を構成する第１電極２１と第２電極２２とを多数形成する。このようにして基板１をまず用意する（図２（Ａ）参照）
（工程２）
続いて、サンドブラスト用レジストをフォトリソグラフィ法によりパターン形成する。そして、サンドブラスト法によりレジスト被覆されていない部分の基板１の表面を削り取ることにより、複数の溝２と、第１領域１０の外周部を掘り下げて第２領域１１を形成する（図２（Ｂ）参照）。本実施例において溝２の幅は２８０μｍ、深さは中心部で６０μｍとした。

（工程３）
スクリーン印刷法により導電性ペースト（Ａｇペースト）を各溝２内部へ落とし込むように印刷する。その後９０℃で１０分の溶剤乾燥を行い４８０℃２０分で大気焼成を行い第１配線３を形成する（図２（Ｃ）参照）。Ａｇの充填量は焼成後に配線３の厚みが溝２の深さと同程度となるように調整した。

（工程４）
酸化ビスマスを主成分とする絶縁ペーストをスクリーン印刷法によりパターン形成し、厚さ３０μｍで配線３と後に形成する直行する第２配線４０との交差部を絶縁するための絶縁層５０を設ける（図５（Ｂ）参照）。絶縁層５０は、絶縁ペーストを印刷後９０℃で１０分の溶剤乾燥を行い、その後温度５００℃２０分で大気焼成を行なう。

（工程５）
スクリーン印刷により導電性ペースト（Ａｇペースト）をパターン印刷し、第１配線３と直交する方向に第２配線４０を形成する（図５（Ｂ）参照）。この時、第２配線４０は絶縁層５０により第１配線３と絶縁された状態で交差し、電子放出素子１５を構成する第１電極２１の一端と接続されるよう形成する。配線４０は本実施例で幅４０μｍ、厚さ１０μｍとした。

（工程６）
続いて、電子放出素子１５を構成する導電性膜２３を形成する。導電性膜２３はインクジェット方により有機パラジウム含有溶液を第１電極２１と第２電極２２とを接続するように付与した後、焼成することで形成する。形成された導電性膜２３は、酸化パラジウム膜である。

（工程７）
その後、基板１００を真空チャンバー内に移設し、配線３及び配線４０を介して導電性膜２３に通電処理する事により、導電性膜２３の一部に間隙を形成する。以上の工程で、各々の電子放出素子１５に第１配線３と第２配線４０とが接続された電子源基板が形成される（図５）。

（工程８）
第２領域１１上に第１領域１０を取り囲む様に、ガラスフリットからなる第１接合部材４を設ける（図２（Ｄ））。スクリーン印刷法により、第１領域１０を取り囲む様にガラスフリットを印刷し、８０〜１２０℃の溶剤乾燥後３００℃程度の仮焼成により配線３および配線４０上、並びに基板１上へ固着させる。

（工程９）
接合部材４上にガラス枠５を配置する（図２（Ｅ））。
ガラスフリット４上に枠５を配置し、その後、４００〜５００℃で加熱して、ガラスフリット４を介して枠５と基板１とを接合する。

（工程１０）
第２基板３１を用意し、第２基板３１の第１基板１に対向させる面上に、インジウムからなる第２接合部材４１を設ける。そして、第２接合部材４１が設けられた第２基板３１を、枠５上に載置し、真空チャンバー内で加熱することでインジウムを溶融させ、枠５と第２基板３１とを接合させる（図２（Ｆ））。尚、第２基板３１上には、蛍光体膜とメタルバックを予め設けておく。以上の工程によって、内部空間９０が真空に維持された気密容器（ディスプレイパネル）１０１が形成される。そして、この気密容器１０１の配線（３、４０）およびメタルバックに、周知の駆動回路や電源を接続することで画像表示装置（フラットパネルディスプレイ）が形成される。

このように形成した画像表示装置を駆動させて画像を表示させたところ、−２０℃から８０℃の熱サイクル試験において接合部における真空リークの発生はなく、長期に渡って良好な画像を得ることができた。

一方、工程２でガラス基板１の第２領域１１に相当する部分を掘り下げずにディスプレイパネルを形成した場合には、本実施例で作成したディスプレイパネルに比較して、有意な速さで、表示画像が劣化した。

本発明の気密容器を構成する基板の平面図及び断面図 本発明の気密容器を作成するための工程図 本発明の気密容器の平面図及び断面図 本発明の気密容器を構成する基板の変形例の平面図及び断面図 本発明の気密容器を構成する基板の別の変形例の平面図及び断面図 本発明の気密容器を構成する基板の別の変形例の平面図及び断面図

符号の説明

１ 第１基板
２ 溝
３ 配線
４ 接合部材

Claims (8)

1. 表面に延在する溝と配線とを有する第１基板と、該第１基板と対向して配置された第２基板とが接合部材を用いて接合されてなる気密容器であって、
   前記配線は、前記溝に沿って前記溝の内部に配置された部分と、前記溝の内部に配置された部分と連続し、前記溝の外部に配置された部分とを備えており、
   前記第１基板と前記第２基板は、前記配線の前記溝の外部に設けられた前記部分の上に、前記配線と交差して設けられた前記接合部材を介して接合されている、ことを特徴とする気密容器。
2. 前記第１基板と前記第２基板との間に、前記第２基板に接合された枠が配置されており、該枠は前記接合部材を介して前記第１基板に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の気密容器。
3. 前記第１基板の前記表面は第１領域と該第１領域を取り囲む第２領域とを備えており、前記溝が前記第１領域内のみに設けられており、前記接合部材が前記第２領域内に、前記第１領域を取り囲むように設けられており、前記配線が前記第１領域と前記第２領域に跨って延在している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の気密容器。
4. 気密容器を備えた画像表示装置であって、前記気密容器が請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気密容器であることを特徴とする画像表示装置。
5. 表面に延在する溝と配線とを有する第１基板と、該第１基板と対向して配置された第２基板と、を備えた気密容器の製造方法であって、
   表面に延在する溝を備える第１基板を用意し、該溝の内部から該溝の外部まで延在する配線を形成する工程と、
   前記配線と交差するように、前記配線の前記溝の外部に位置する部分の上に、接合部材を設ける工程と、
   前記接合部材を介して、前記第１基板と前記第２基板を接合する工程と、
   を有することを特徴とする気密容器の製造方法。
6. 前記気密容器の製造方法は、更に、前記第２基板に枠を接合する工程と、該枠を前記接合部材を介して前記第１基板に接合する工程とを有することを特徴とする請求項５に記載の気密容器の製造方法。
7. 前記配線は、導電性ペーストを前記溝に印刷法を用いて配置することにより形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の気密容器の製造方法。
8. 気密容器を備えた画像表示装置の製造方法であって、前記気密容器が請求項５乃至７のいずれか１項に記載の製造方法により製造されることを特徴とする画像表示装置の製造方法。

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