JP4878112B2 - 画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、とりわけ、画像表示装置の製造に適用される接着剤、及び、それを用いた画像表示装置の製造方法に関する。

従来、ブラウン管型表示装置に代わる表示装置として、薄型かつ軽量である平面型表示装置が注目されている。特に、電子源と、電子の照射により発光する蛍光体とを組み合わせた表示装置は、従来の他の方式の表示装置よりも優れた特性が期待されており、例えば、近年普及してきた液晶表示装置と比較すると、自発光型であるためバックライトを必要としない点や、視野角が広い点で優れている。

図８は平面型画像表示装置の断面模式図である。図８に示すように、複数の電子放出素子１０２を有する電子源が形成されたリアプレート１０１と、外枠１０５と、蛍光体１１１、ブラックストライプ１１０及びアノード電極（メタルバック）１０９が形成されたフェースプレート１０８とにより、表示パネルの内部を真空に維持するための外囲器（気密容器）が形成されている。

この気密容器７の内部は、真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート１０１およびフェースプレート１０８の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。そこで、上記気密容器内部には、大気圧を支えるための構造支持体であるスペーサ１０４が複数設けられる。

また、この複数のスペーサ１０４は、フェースプレート１０８側またはリアプレート１０１側の少なくとも一方に接着剤１０７、１０６を用いて接着されるが、その接着剤として、アルカリ金属シリケート系接着剤、酸性金属ホスフェート系接着剤、コロイダルシリカなどの化学反応型の無機接着剤が用いられる場合がある（特許文献１及び特許文献２）。
特開２０００−０２１３１０号公報 特開２０００−０５７９３７号公報

上記化学反応型の無機接着剤は、有機ガスによる被接着部材への影響を抑えることができる他、比較的低温での接着が可能であり耐熱性にも優れるという利点を有するものであるが、その接着力、硬化に要する時間の短縮という点でより一層の向上が望まれていた。

そこで本発明は、気密容器内部に配置し、該気密容器内部が真空に保持された気密容器にかかる大気圧を支えるための構造支持体である複数のスペーサの、フェースプレートまたは、リアプレートへの接着に関するのものであって、接着力の向上と硬化時間の短縮とを両立した接着剤を用いて、スペーサの接着強度を確保するとともに、接着剤からの針状結晶の発生を抑制した信頼性の高い画像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、画像表示部材を備えるフェースプレートと、電子源を備えるリアプレートと、前記フェースプレートとリアプレートとの間に配置されたスペーサとを有する画像表示装置の製造方法において、
ケイ酸ナトリウム水溶液と、前記ケイ酸ナトリウム水溶液に分散されたＴｉ粒子とを含み、前記ケイ酸ナトリウム水溶液は、０．１重量％〜１０．０重量％の範囲のホウ酸を含む接着剤を用いて、前記フェースプレート又は前記リアプレートに、前記スペーサを接着する工程を有することを特徴とする。

また、本発明は、該画像表示装置に製造方法において用いる前記接着剤が含有する前記ケイ酸ナトリウム水溶液は、平均粒子径が、１．０μｍ〜１０μｍの範囲のＡｌ _２ Ｏ _３ 粒子を分散して含むことを特徴とする

本発明の画像表示装置の製造方法によれば、スペーサ固定に際し、短時間でスペーサの接着を行うことが出来る。また、本発明の接着剤は短時間で接着しても、その接着力に優れるとともに、針状結晶の発生の無い画像表示装置として信頼性の高い製造方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本発明の接着剤は、ケイ酸ナトリウム水溶液と、この水溶液に分散されたチタン（Ｔｉ）粒子とを含有している。

本発明の接着剤は、無機接着剤であるので、実質的に有機ガスの放出がなく、とりわけ、以降に述べる画像表示装置への使用において、有機ガスによる電子源の劣化を防ぐことができる。

また、ケイ酸ナトリウム水溶液は、水が１０重量％〜２０重量％の範囲、また、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比が１．６〜３．０の範囲のものが好ましい。

水が１０重量％以上であることは、接着剤のハンドリングが容易でスペーサに塗布し易くなる点で好ましく、また、２０重量％以下であることは、予め発泡の要因となる水の量を出来るだけ低減しておくことで更に低発泡になり急速加熱しても発泡しにくい点で好ましい。

また、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比が１．６以上であることは耐水性（モル比が大きい方が耐水性が大きく、針状結晶の発生が少なく、接着剤表面から発生するＮａ針状結晶抑制の為にはモル比を大きくした方が良い）の点で好ましく、また、３．０以下であることは接着力の（３．０付近で接着力が最大）点で好ましい。

また、本発明の接着剤は、Ｔｉ粒子を含有しているが、Ｔｉ粒子を含有することは、接着剤をその硬化温度以上の温度に加熱しても、その弾性率（硬度）が低下し難いという利点を与える。

また、かかる利点は、以降に述べるスペーサの接着への使用において、接着剤の弾性率低下によるスペーサの張力の低下を防止するので、スペーサ固定後の種々の加熱プロセスに耐え、スペーサの位置精度を維持することができる。

また、以上述べた利点をより一層発揮し得るには、Ｔｉ粒子が、１０重量％〜６８重量％の範囲で含有されていることが好ましい。

また、市販されているケイ酸ナトリウム系接着剤は、１００℃以上の温度に急速加熱すると水分が突騰して発泡や爆発を起こすために、急速加熱して短時間で接着してしまうと必要な凝集力や接着力を得ることが困難である場合がある。そのため市販されているケイ酸ナトリウム系接着剤を硬化する際には、一般的に、予め水分が十分に蒸発するまで乾燥させた後に徐々に加熱する必要があり、硬化に時間がかかり過ぎてしまう。

本発明の接着剤は、Ｔｉ粒子を含有するため、上記水分の突騰による発泡や爆発を起こすことはほとんどなく、急速加熱による短時間の接着が可能であるが、更に、ＺｒＯ粒子、Ｎｉ粒子、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子から選ばれる少なくとも一種の粒子が含有されていることが、より一層、短時間での急速加熱を可能にすると言う点で好ましい。

また、以上述べた各粒子は、やはり、より一層、短時間での急速加熱を可能にすると言う点で、平均粒子径が１．０μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましく、５．０μｍ〜５０μｍの範囲であることが更に好ましい。

また、Ｔｉ粒子以外に、第二の粒子である、上記ＺｒＯ粒子、Ｎｉ粒子、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子から選ばれる少なくとも一種の粒子が含有される場合には、Ｔｉ粒子の平均粒子径とは異なる平均粒子径の上記第二の粒子を含有することが、粒子間の凝集力を向上させ、一層、接着強度を向上させることができるので好ましい。

また、上記第二の粒子の中でも特に、平均粒子径が１．０μｍ〜１０μｍの範囲のＡｌ_２Ｏ_３粒子を含有することは、上述した、接着剤をその硬化温度以上の温度に加熱しても、その弾性率（硬度）が低下し難いという利点を更に与えるのでより好ましい。

また、市販のケイ酸ナトリウム系接着剤の中には、放置しておくと空気中の水分を吸収して接着剤内部からＮａが析出し、Ｎａを主成分とする針状の結晶が発生してしまうものがある。Ｎａの針状結晶は、以降に述べる画像表示装置への使用において、電子源に付着するなどして、電子源の劣化の原因となる場合がある。

本発明の接着剤は、Ｔｉ粒子を含有しているので、Ｎａの針状結晶の発生を低減するが、更に、リン酸、又は、ホウ酸を含有していることは、上記Ｎａの針状結晶の発生をより低減するという点から好ましく、特に、ホウ酸を含有することがより好ましい。

また、上記リン酸、又は、ホウ酸の添加量としては、上記同様の理由から、０．１重量％〜１０．０重量％の範囲であることが好ましく、さらに、０．５重量％〜３．０重量％の範囲であることがより好ましい。

以下に、以上述べた本発明の接着剤を用いた、画像表示装置のスペーサの接着方法の実施形態の一例を説明する。

図１は、本実施形態における画像表示装置の表示パネル部分の概観模式図であり、気密容器７（外囲器）内に画像表示領域１３が形成されている。また、図２は、図１のＡ−Ａ線の断面に沿う断面拡大模式図である。

まず、図１の気密容器７は、図２に示されるように、フェースプレート６、外枠３、及び、リアプレート１にて構成されている。また、図２のリアプレート１上には、図３に示されるように、複数の行方向配線１１及び複数の列方向配線１２によってマトリクス配線された複数の電子放出素子１０が配置されている。尚、前記行方向配線１１と前記列方向配線１２の交差する部分には、図示していないが絶縁層が形成されており、行方向配線１１と列方向配線１２は、電気的な絶縁が保たれている。

また、図２に示すように、フェースプレート６には、蛍光膜４と、これを覆うアノード電極（メタルバック）５が配置されている。

図２に示すように、本実施形態においては、スペーサ８は、板状のスペーサであり、行方向配線１１上に配置されているとともに、メタルバック５に当接されている。

図４は、図１のＢ−Ｂ線の断面に沿う画像表示装置の断面拡大模式図であるが、スペーサ８は、この図４に示されるように絶縁牲部材１４の表面に、帯電防止のための抵抗膜（高抵抗膜）１５が形成されており、さらに、フェースプレート６側のメタルバック５とリアプレート１側の行方向配線１１とに接する上下端面に、上記抵抗膜１５よりも低抵抗の抵抗膜（低抵抗膜）１６が形成されている。

スペーサ８は、１０^−４Ｐａ程度の真空に保持される気密容器７が大気圧や不意の衝撃などにより破壊されないように、必要な数だけ必要な間隔をおいて配置され、また、図２で示されるようにフェースプレート６側又はリアプレート１側に、その両端を接着剤９により固定される。

スペーサ８の絶縁部材１４としては、例えば、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が用いられる。

また、高抵抗膜１５としては、帯電防止効果の維持およびリーク電流による消費電力抑制を考慮して、その表面抵抗値が１０^５Ω／□から１０^１４Ω／□の範囲のものであることが好ましい。

また、高抵抗膜１５の材料としては、例えば、クロム、ニッケル、又は、銅の酸化物、炭素、ゲルマニウムと遷移金属の窒化物、アルミニウムと遷移金属の窒化物などが用いられる。

また、低抵抗膜１６は、高抵抗膜１５に比べ十分に低い抵抗値を有していればよく、その材料は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金が用いられる。

次に、以上のスペーサ８の接着方法について、図２を用いて説明する。

スペーサ８は、画像表示領域とその周辺領域とに跨って配置され、スペーサ８の両端部は、画像表示領域の外で、上述した本発明の接着剤９によってリアプレート１側に接着されている。

その接着方法について説明すると、まず、板状のスペーサ８の両端部を外側に引っ張り、張力を発生させてその形状を矯正する。

次に、張力を保持したまま、スペーサ８を行方向配線１１上の所定の位置に配置する。そして、スペーサ８の両端部に上述した本発明の接着剤９を付与し、この接着剤９を１３０℃〜２５０℃の温度に加熱することによって周辺領域の行方向配線１１上にスペーサ８を接着する。

尚、上述した本発明の接着剤９を用いたスペーサ８の接着は、５０℃／分以上の昇温速度で加熱することが短時間での接着を可能とするので好ましく、かかる急速加熱においても、接着剤９中の水分が突騰して発泡や爆発を起こし難く、また、接着力や硬度にも優れているので、スペーサの充分な固定が可能である。

以下に、図２の、マトリクス配線された複数の電子放出素子と、上記本発明の接着剤９を用いて接着がなされた複数のスペーサ８とが、配置されたリアプレート１と、蛍光膜４及びメタルバック５が配置されたフェースプレート６と、外枠３との封着方法の実施形態の一例を説明する。

リアプレート１にフリットガラスを用いて外枠３を接着し、フェースプレート６の外枠３と対向した位置には、フリットガラスなどの低融点物質やインジウムなどの低融点金属又はその合金を用いた封着材を設ける。尚、封着材は、外枠３のフェースプレート６と対向した位置に設けても良い。

リアプレート１とフェースプレート６を、真空度が約１０^−４Ｐａの雰囲気中で、３００℃〜４００℃に加熱し、リアプレート１及びフェースプレート６から不純物ガスを排出させるベーク処理を行なう。

次に、大気に曝すことなく、フェースプレート６のメタルバック５表面にＢａ等のゲッタ膜を形成した後、電子放出素子とメタルバック５とが対向するように、リアプレート１とフェースプレート６を、対向配置させ、１０^−６Ｐａ以下の雰囲気下で前記封着材を加熱するとともに、フェースプレート６とリアプレート１とを近づけて、外枠３にフェースプレート６を接着し、フェースプレート６、外枠３、及び、リアプレート１からなり、その内部が１０^−６Ｐａ以下の気密容器（外囲器）を形成する。

以上のようにして、画像表示装置の表示パネルが形成され、これに、駆動回路などが実装され、画像表示装置が製造される。

以上述べた表示パネル内のスペーサは、上述の３００℃〜４００℃のベーク処理においても、接着剤の弾性率低下はほとんど起こらず、かかる加熱プロセスに耐え、スペーサの位置精度を維持することができる。

以下に、本発明の接着剤の具体例を挙げるとともに、その接着力、硬度等に関する評価結果について述べる。

［実施例１〜７］
まず、ケイ酸ナトリウム（水ガラス１号；キシダ化学）１６．２５ｇを水１６．２５ｇで希釈し、ケイ酸ナトリウム水溶液を調整した。調製したケイ酸ナトリウム水溶液３２．５ｇにＴｉ粉末（４５μｍ；キシダ化学）を６７．５ｇ添加し、実施例１の接着剤Ａを作製した。

また、上記同様にして、表１に示す、実施例２〜７の接着剤Ｂ〜Ｇを作製した。

以上の本実施例の接着剤Ａ〜Ｇを以下の方法により評価した。

まず、図６は評価用接着剤の硬化方法の側面模式図であり、図５は硬化した接着剤の断面模式図である。

図５に示すように厚み２．８ｍｍのガラス基板１８に４ｍｇの評価用接着剤１７を滴下し、すぐにそのガラス基板１８を図６に示す１６０℃に熱したホットプレート１９上に載せ、２分間加熱する。尚、評価用接着剤１７上面の温度は、熱電対で測定したところ１３０℃であった。ここで評価用接着剤１７として、本実施例の各接着剤Ａ〜Ｇを使用した。

上記硬化方法で、本実施例の接着剤Ａ〜Ｇの硬化物を作成し、その硬化物の断面を目視したところ、表１に示すとおり、接着剤Ａ〜Ｇのいずれにおいても発泡は見られなかった。

また、上記硬化方法で、本実施例の接着剤Ａ〜Ｇの硬化物を作成し、そのアウトガスを昇温脱離ガス分析（ＴＤＳ；電子科学）装置で測定した。アウトガスの測定条件としては、高真空下（約１．０×^−９Ｔｏｒｒ）に試験片を設置し、２０℃〜４００℃（昇温速度５℃／ｍｉｎ．）で試験片の温度を上昇させた後に４００℃で６０ｍｉｎ．保持し、その間に放出された元素を質量分析計で測定した。その結果、表１に示すとおり、接着剤Ａ〜Ｇのいずれにおいても有機物は計測されなかった。

次に、接着剤の接着力の評価を以下の様に行なった。

図７は接着力測定形態の模式図である。評価用接着剤１７の接着力はガラス試験片２０にガラス試験片２１を載せ、ガラス試験片２１の両端に評価用接着剤１７を４ｍｇずつ滴下し、すぐにそのガラス試験片２０を１６０℃に熱したホットプレートの上に載せ、２分間加熱した。加熱し終わったサンプルを室温で冷却後、図７に示すように、ガラス試験片２１の接着剤が塗布されていない面に先端が鋭利な圧縮治具２２で圧縮方向に０．２ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で荷重をかけ、破断した際の荷重を計測した。尚、接着力の測定には引っ張り試験機（５５８３；ＩＮＳＴＲＯＮ）を使用した。

評価用接着剤１７として、本実施例の接着剤Ａ〜Ｇを使用したところ、上記の接着力の評価方法の結果は表１に示す通りであった。

また、本実施例の接着剤Ａ〜Ｇについて、上記硬化後、ビッカース硬度計（ＨＭＶ−ＦＡ；島津製作所）で硬度を測定したところ、本実施例の接着剤Ｆ、Ｇが最も優れ、その硬度は６２であった。

また、本実施例の接着剤Ａ〜Ｇについて、上記硬化後、更に４００℃の恒温炉で６０分間加熱した後にビッカース硬度計で硬度を測定したところ、本実施例の接着剤Ｆ、Ｇが最も優れ、その硬度は７２であり、硬度の低下は見られなかった。

また、特に、本実施例の接着剤Ｇは、上記硬化後、硬化物表面からは１μｍ以上のＮａの針状結晶は観察されなかった。

［比較例１］
比較例１としてケイ酸ナトリウム水溶液とＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２を含むアロンセラミックＤ（東亞合成）を用意した。

実施例１〜７と同様にして、その物性評価を行なったところ、接着剤硬化物の断面の目視による観察では、接着剤の発泡が見られた。また、アウトガスの測定では、有機物は計測されなかった。また、接着力を測定したところ２８Ｎであった。

また、実施例１〜７と同様にして、ビッカース硬度を測定したところ、その硬度は６５であり、実施例１〜７と同様にして、その硬化物を更に、４００℃の恒温炉で６０分間加熱した後にビッカース硬度計で硬度を測定したところ、その硬度は４１まで低下した。

また、その硬化物の表面を電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ／Ｓ−４５００；日立）で観察したところ、１μｍ以上のＮａの針状結晶が観察された。

［比較例２］
比較例２としてアロンセラミックＤと同様の成分を含み、さらに耐水性を付与したアロンセラミックＷ（東亜合成）を用意した。

比較例１同様にして、その物性評価を行なったところ、接着剤硬化物の断面の目視による観察では、接着剤の発泡が見られた。また、アウトガスの測定では、有機物は計測されなかった。また、接着力を測定したところ３２Ｎであった。

また、実施例１〜７と同様にして、ビッカース硬度を測定したところ、その硬度は６０であり、実施例１〜７と同様にして、その硬化物を更に、４００℃の恒温炉で６０分間加熱した後にビッカース硬度計で硬度を測定したところ、その硬度は４７まで低下した。

また、その硬化物の表面を電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ／Ｓ−４５００；日立）で観察したところ、１μｍ以上のＮａの針状結晶は観察されなかった。

画像表示装置の表示パネル部分の概観模式である。 図１のＡ−Ａ線の断面に沿う画像表示装置の断面模式図である。 図２に示す画像表示装置のリアプレート１の平面拡大模式図である。 図１のＢ−Ｂ線の断面に沿う画像表示装置の断面拡大模式図である。 硬化した接着剤の断面模式図である。 評価用接着剤の硬化方法の側面模式図である。 接着力測定形態の模式図である。 従来の画像表示装置の断面模式図である。

符号の説明

１ リアプレート
３ 外枠
４ 蛍光膜
５ メタルバック
６ フェースプレート
８ スペーサ
９、１７ 接着剤
１０ 電子放出素子
１１ 行方向配線
１２ 列方向配線
１３ 画像表示領域
１４ 絶縁性部材
１５ 高抵抗膜
１６ 低抵抗膜
１８ ガラス基板
１９ ホットプレート
２０、２１ ガラス試験片
２２ 圧縮治具

Claims (6)

1. 画像表示部材を備えるフェースプレートと、電子源を備えるリアプレートと、前記フェースプレートとリアプレートとの間に配置されたスペーサとを有する画像表示装置の製造方法において、
   分散されたＴｉ粒子と、０．１重量％〜１０．０重量％の範囲のホウ酸を含むケイ酸ナトリウム水溶液からなる接着剤を用いて、前記フェースプレート又は前記リアプレートに、前記スペーサを接着する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
2. 前記ケイ酸ナトリウム水溶液は、平均粒子径が、１．０μｍ〜１０μｍの範囲のＡｌ _２ Ｏ _３ 粒子を分散して含むことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
3. 前記ケイ酸ナトリウム水溶液は、ＺｒＯ_２粒子、Ｎｉ粒子、Ａｕ粒子、又は、Ｔａ粒子を分散されて含むことを特徴とする請求項１乃至２に記載の画像表示装置の製造方法。
4. 前記ＺｒＯ２粒子、前記Ｎｉ粒子、前記Ａｕ粒子、又は、前記Ｔａ粒子の平均粒子径は、１．０μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置の製造方法。
5. 前記スペーサを接着する工程は、前記接着剤を、５０℃／分以上の昇温速度で加熱する工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。
6. 前記スペーサを接着する工程は、前記スペーサに張力をかけた状態で、前記スペーサと前記フェースプレート又は前記リアプレートとに付与された前記接着剤の加熱を行なう工程を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法。

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