KR20110029081A - 기재의 접합 방법 및 화상표시장치의 제조 방법 - Google Patents

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KR20110029081A
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마모 마쓰모토
토모히로 사이토
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 서로 열용량이 다르고, 열팽창 계수간의 차이가 10×10-7／℃이내인 한 쌍의 기재 사이에 접합재를 배치하고; 상기 접합재에 전자파를 조사하여 상기 접합재를 용융시킨 후, 고화시킴으로써 상기 한 쌍의 기재를 상기 접합재로 접합하고, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수가, 10×10-7／℃이내의 차이만큼, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 큰 쪽의 상기 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수보다도 작아서, 붕괴와 크랙이 발생하는 것을 막고 휘어짐의 정도를 더 억제하면서, 열팽창 계수의 차이가 비교적 큰 기본재를 접합한다.

Description

기재의 접합 방법 및 화상표시장치의 제조 방법{BONDING METHOD OF BASE MATERIALS, AND MANUFACTURING METHOD OF IMAGE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 기재(base material)의 접합 방법 및 화상표시장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 화상표시장치의 외위기(envelope)를 구성하는 부재의 접합 방법에 관한 것이다.
일본국 공개특허공보 특개 2000-106108호에는, 음극선관으로부터 방출된 전자의 조사에 따라 화상을 표시하는 형광체층을 구비한 페이스 플레이트와, 그 음극선관의 외용기가 되는 펀넬(funnel) 콘(cone)부를 유리 접합하는(프릿-실링(frit-sealing))하는 단계를 포함하는 음극선관의 제조 방법이 개시되어 있다. 펀넬 콘부의 열팽창 계수가 적어도 10×10-7/℃이상 상기 페이스 플레이트의 열팽창 계수가 다르기 때문에, 유리 접합시에 프릿 글라스의 열수축에 의해 펀넬 콘부 및/또는 페이스 플레이트에 붕괴나 크랙이 발생할 가능성이 있다. 그 일본국 공개특허공보 특개 2000-106108호에 의하면, 붕괴나 크랙을 방지하기 위해서, 프릿 글라스의 열팽창 계수를 각 부위마다 다르게 한다. 예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개 2000-106108호에는, 프릿 글라스의 열팽창 계수를 페이스(face) 플레이트와 펀넬 콘부와의 사이에서 단계적으로 변화시키는 방법과, 프릿 글라스를 서로 열팽창 계수가 다른 복수의 다른 종류의 프릿 글라스의 적층체로서 구성하는 방법이 기재되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개 2008-517446호에는, 유기발광 다이오드 디스플레이의 기밀 밀봉방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 커버 플레이트와 기판은, 그 커버 플레이트에 설치된 프릿에 레이저빔을 조사하여, 프릿을 용융시킴으로써 기밀 봉지되는 것이 가능하다. 기판 위에는 밀봉선을 따라, 전극을 포함하는 영역과 전극을 포함하지 않는 영역이 존재한다. 이 때문에, 레이저빔의 이동 속도 및/또는 파워를 밀봉선을 따라 적절하게 변화시킴으로써 프릿을 균일하게 가열하는 것이 가능하다.
일본국 공개특허공보 특개 2000-106108호에 기재되어 있는 것처럼, 접합되는 한 쌍의 기재의 열팽창 계수가 큰 경우에는, 기재의 붕괴나 크랙의 발생이라고 하는 문제가 현재화된다. 바꾸어 말하면, 그 쌍을 구성하는 기재의 열팽창 계수들간의 차이가 일본국 공개특허공보 특개 2000-106108호에 나타낸 대략의 표준인 10×10-7/℃이하인 경우에는, 기재의 붕괴나 크랙의 발생이라고 하는 문제는 그다지 현재화하지 않는다. 그러나, 열팽창 계수의 차이가 작아서 그 기재의 붕괴나 크랙이 발생하지 않는 경우에도, 열팽창 계수의 차이에 기인해서 기재가 휘어질 가능성이 있다.
도 5a 내지 5c를 참조하여, 이 문제를 구체적으로 설명한다. 도 5a는, 평판과, 프레임 부재와, 이 평판과 프레임 부재를 서로 접합하는 접합재를 보이고 있고, 도 5b는 도 5a의 5B-5B선에 따른 단면도다. 그 도면에서, 접합재(103)는, 평판(101)과 프레임 부재(102)의 사이를, 프레임 부재(102)를 따라 프레임 모양으로 연장되어 있다. 레이저 빔을 프레임 부재(102)측 혹은 평판(101)측으로부터 접합재(103)에 조사하면, 접합재(103)는 용융된 후 고화하여서, 평판(101)과 프레임 부재(102)는 서로 접합된다. 그 조사된 레이저 빔이 접합재(103)에 합초되므로, 접합재(103)에 큰 열 에너지를 인가하여서, 접합재(103)가 고온에 도달한다. 또한, 그 인가된 열 에너지는, 평판(101) 및 프레임 부재(102)에도 전달되어서, 평판(101) 및 프레임 부재(102)의 온도를 상승시킨다. 평판(101) 및 프레임 부재(102) 각각은, 그것의 열팽창 계수에 따라 열팽창한다. 접합재(103)가 용융하고 있으므로, 접합재(103)는 평판(101) 및 프레임 부재(102)의 열변형에 따라 변형된다. 이 때문에, 평판(101) 및 프레임 부재(102)가 접합재(103)에 의해 구속되지 않으므로, 평판(101)과 프레임 부재(102)에는 응력이 거의 생기지 않는다. 그 후, 그들이 냉각되지만, 접합재(103)가 용융되고 있는 동안은 같은 이유에 의해 평판(101)과 프레임 부재(102)에는 응력은 거의 생기지 않는다. 그러나, 접합재(103)가 고화하기 시작하면, 접합재(103)는 평판(101)과 프레임 부재(102)를 구속한다. 그리고, 이 상태에서 평판(101)과 프레임 부재(102)는 냉각되어서, 평판(101)과 프레임 부재(102)는 도 5c의 화살표로 도시한 바와 같이 수축하기 시작한다. 이때의 열수축은 평판(101)과 프레임 부재(102)의 각각 유사한 형상을 유지한 채 평판(101)과 프레임 부재(102)의 각 변의 길이를 감소시키는 열수축이다. 여기서, 평판(101)과 프레임 부재(102)간의 열팽창 계수의 차이와 온도강하량의 차이에 의해, 평판(101)과 프레임 부재(102)의 열수축량은 서로 다르다. 이와 같이, 평판(101)과 프레임 부재(102)간의 열수축량의 차이로 인해, 도 5c에 나타나 있는 바와 같이, 접합재(103)로 평판(101)과 프레임 부재(102)가 서로 접합된 조립체에는 휘어짐이 생긴다.
본 발명은, 비교적 열팽창 계수의 차이가 작은 기재를, 붕괴와 크랙의 발생을 방지하고, 또한 휘어짐의 정도를 억제하면서 접합하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 서로 열용량이 다르고, 열팽창 계수간의 차이가 10×10-7／℃이내인 한 쌍의 기재 사이에 접합재를 배치하는 단계; 및 상기 한 쌍의 기재 사이에 배치된 상기 접합재에 전자파를 조사하여 상기 접합재를 용융시킨 후, 고화시킴으로써 상기 한 쌍의 기재를 상기 접합재로 접합하는 단계를 포함하고, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수가, 10×10-7／℃이내의 차이만큼, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 큰 쪽의 상기 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수보다도 작은 것을 특징으로 하는 기재의 접합 방법이다.
또한, 본 발명은, 상기의 기재의 접합 방법을 사용한 화상표시장치의 제조 방법으로서, 상기 화상표시장치는, 다수의 전자방출소자를 구비한 제1 기판과, 상기 제1 기판과 대향해서 위치하고, 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자의 조사에 따라 화상을 표시하는 형광막을 구비한 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 위치하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 공간을 형성하는 프레임 부재를 구비하고, 상기 한 쌍의 기재는, 상기 제1 기판과 상기 프레임 부재, 또는 상기 제2 기판과 상기 프레임 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치의 제조 방법이다.
본 발명의 또 다른 특징들을 첨부된 도면들을 참조하여 아래의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 화상표시장치를 나타낸 사시도다.
도 2는 본 발명에 따른 프로세스 플로우를 나타내는, 접합부의 단면도다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는, 본 발명에 따른 접합부를 각각 나타낸 평면도다.
도 4는 본 발명에 따른 접합부의 부분 단면도다.
도 5a, 5b 및 5c는 본 발명의 과제를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 기재의 접합 방법은, 서로 열용량이 다르고, 열팽창 계수간의 차이가 10×10-7／℃이내인 한 쌍의 기재 사이에 접합재를 배치하는 단계; 및 상기 한 쌍의 기재 사이에 배치된 상기 접합재에 전자파를 조사하여 상기 접합재를 용융시킨 후, 고화시킴으로써 상기 한 쌍의 기재를 상기 접합재로 접합하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수는, 10×10-7／℃이내의 차이만큼, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 큰 쪽의 상기 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수보다도 작도록 설정된다.
전술한 바와 같이, 한 쌍의 기재 중 한쪽의 열팽창 계수와 그 한 쌍의 기재 중 다른쪽의 열팽창 계수간의 차이가 대단히 작은, 즉 10×10-7／℃이내이기 때문에, 한 쌍의 기재의 열팽창량(즉, 열수축량)의 차이로 인해 기재의 붕괴나 크랙이 발생하는 것을 충분히 방지하는 것이 가능하다. 또한, 상기 한 쌍의 기재 중 한쪽에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수와, 상기 한 쌍의 기재 중 다른쪽에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수간의 차이가 대단히 작은, 즉 10×10-7／℃이내이기 때문에, 접합재 자체의 붕괴나 크랙이 발생하는 것을 충분히 방지하는 것도 가능하다.
또한, 휘어짐은, 이하와 같은 이유 때문에 방지될 수 있다. 즉, 접합재가 고화가 시작하면, 기본부재를 구속하기 시작한다. 이 때, 한 쌍의 기재는 아직 고온이기 때문에, 기재는 냉각에 따라 열수축 한다. 여기서, 휘어짐의 원인은, 접합재 고화 시작 후, 한 쌍의 기재를 함께 구성하는 상기 기재의 열수축간의 차이다. 그런데, 한 쌍의 기재 중, 열용량이 작은 부재는 온도상승을 받기 쉽고, 이 부재의 온도는, 접합재 고화 개시시에, 열용량이 큰 부재보다도 높다. 즉, 열용량이 작은 부재는, 접합재 고화 시작 후의 열수축량이 크다. 본 실시예에서는, 한 쌍의 기재 중 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수는, 열용량이 큰 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수보다도 작다. 이것은, 접합재의 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분의 열수축량은, 접합재 고화 시작 후 작아지는 것을 의미한다. 기재는 접합재에 의해 고정되어, 열수축하는 접합재로부터 기재에 전단력(shearing force)을 인가한다. 그렇지만, 접합재의 고화 시작 후의 열수축량이 작으므로, 열팽창 계수가 큰 접합재의 일부분이 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하게 설치되는 경우와 비교하여, 상기 접합재로부터 상기 기재에 내향 전단력이 인가되는 것이 어려워진다. 즉, 열용량이 작은 쪽의 기재의 열수축을 억제한다. 이렇게하여, 접합재 고화 시작 후의 한 쌍의 기재의 열수축의 차이가 억제되어서, 휘어짐의 크기를 저감할 수 있다.
이후, 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다. 본 발명에 따른 기재의 접합 방법은, 진공용기를 사용하는 화상표시장치의 제조 방법에 적합하게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명은, 진공 외위기의 페이스 플레이트에 형광막 및 전자가속 전극이 형성되고, 리어(rear) 플레이트에 다수의 전자방출소자가 형성된 화상표시장치에 적용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은, 복수의 부재를 적합하게 접합해서 기밀용기를 제조하는 경우에, 널리 적용할 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 1은, 본 발명이 적용되는 화상표시장치의 예를 나타내는 내부가 보이도록 한 부분 사시도다. 즉, 화상표시장치(11)는, 제1 기판(즉, 리어 플레이트)(12), 제2 기판(즉, 페이스 플레이트)(13), 및 프레임 부재(14)를 구비한다. 프레임 부재(14)는, 제1 기판(12)과 제2 기판(13)과의 사이에 위치하여, 제1 기판(12)과 제2 기판(13)과의 사이에 밀폐 공간S(도 4 참조)를 형성하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 기판(12)과 프레임 부재(14), 및 제2 기판(13)과 프레임 부재(14)가 서로 대향하는 면을 통해 서로 접합됨으로써, 밀폐된 내부공간S를 갖는 외위기(10)가 형성되어 있다. 여기서, 외위기(10)의 내부공간S는 진공으로 유지되어 있다. 프레임 부재(14)에서, 제1 기판(12)에 고정된 면의 반대면이, 제2 기판(13)에 고정되는 면이다. 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)는 미리 서로 접합되어도 된다. 어쨌든, 제1 기판(12), 제2 기판(13), 및 프레임 부재(14)는, 열팽창 계수간의 차이가 10×10-7／℃이내의 유리(유리부재)로 각각 이루어진다. 제1 기판(12) 및 제2 기판(13) 각각이 유리부재로 이루어지므로, 접합 후의 휘어짐이 한층 적어지고, 안전성이 향상해 기밀성이 우수한 접합을 얻을 수 있다.
또한, 제1 기판(12)에는, 화상신호에 따라 전자를 방출하는 다수의 전자방출소자(27)가 형성되고, 또 화상신호에 따라 각 전자방출소자(27)를 작동시키기 위한 배선(X방향 배선 28, Y방향 배선 29)이 형성되어 있다. 제1 기판(12)과 대향해서 위치하는 제2 기판(13)에는, 전자방출소자(27)로부터 방출된 전자의 조사에 따라 발광해 화상을 표시하는 형광막(34)이 설치된다. 또한, 제2 기판(13) 위에는, 블랙 스트라이프(35)가 설치된다. 여기서, 형광막(34)과 블랙 스트라이프(35)는 교대로 배치된다. 또한, 형광막(34) 위에는, Ａｌ박막으로 이루어진 금속 백(back)(36)이 형성되어 있다. 금속 백(36)은 전자를 끌어당기는 전극으로서의 기능을 갖고, 외위기(10)에 설치된 고압단자Ｈｖ로부터 전위의 공급을 받는다. 또한, 금속 백(36) 위에는 Ｔｉ박막으로 이루어진 비증발형 게터(getter)(37)가 형성되어 있다.
다음에, 본 실시예에 대해서, 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 보다 구체적으로, 도 2는, 본 발명에 따른 프로세스 플로우(접합 순서)를 나타내는 단면도다. 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d는, 본 발명에 따른 접합부를 각각 나타낸 평면도다. 보다 구체적으로, 도 3a는 도 2의 (ｂ)에, 도 3b는 도 2의 (ｄ)에, 도 3c는 도 2의 (Ｂ)에, 도 3d는 도 2의 (Ｄ)에, 각각 대응한다. 또한, 도 4는, 본 발명에 따른 접합부의 예를 나타내는 단면도다.
(단계S1: 접합재의 프레임 부재에의 배치 단계)
우선, 프레임 부재(14)의 한 쪽의 면에, 제1 접합재(1)와 제2 접합재(2)로 구성되는 적층체로 이루어진 접합재(3)를 배치한다. 보다 구체적으로, 먼저 제1 접합재(1)를 둘레 길이를 따라 스크린 인쇄로 원하는 폭과 두께로 형성한 후, 120℃에서 건조한다(도 2의 (b), 도 3a). 그 후에, 제1 접합재(1) 위에, 글래스 프릿으로 이루어진 제2 접합재(2)를, 제1 접합재(1)와 마찬가지로, 스크린 인쇄로 원하는 폭과 두께로 형성한다(도 2의 (c)). 여기서, 제2 접합재(2)의 열팽창 계수는, 제1 접합재(1)보다 10×10-7／℃이내의 차이만큼 크다. 또한, 유기물을 번아웃(burn out)하기 위해서, 적어도 한번 350℃ 이상으로 접합재를 가열 및 소성하여서, 접합재(3)를 형성한다(도 2의 (d), 도 3b). 여기서, 접합재 도포의 방법으로서는, 상기와 같은 스크린 인쇄법 이외에 디스펜서 방법, 오프셋 인쇄법 등을 사용할 수 있다. 적어도 한번 350℃ 이상의 온도로 접합재를 소성하므로, 접합시에 접합재에서 발생하는 기포를 억제하여서, 보다 기밀성이 우수한 접합을 이룰 수 있다.
접합재(3)가 2층의 접합재로 형성된 적층체이지만, 3층이상으로 형성된 적층체를 접합재로서 사용할 수 있다. 또한, 그 접합재는, 1층 구성으로서 형성해도 된다. 이 경우에는, 필러(filler)의 함유량을 조정하는 공지의 기술에 의해, 접합재의 양면에서 열팽창 계수가 10×10-7／℃이내의 차이만큼 서로 다르도록 하는 것이 바람직하다.
(단계S1': 접합재의 제2 기판에의 배치 단계)
단계S1에서와 같은 방식으로, 제1 접합재(1)와 제2 접합재(2)로 구성되는 적층체로 이루어진 접합재(3')를 배치한다. 보다 구체적으로, 제2 기판(13)의 프레임 부재(14)와 대향하는 면에, 먼저 제2 접합재(2)를, 둘레 길이를 따라 스크린 인쇄로 원하는 폭과 두께로 형성한 후, 그 형성된 재료를 120℃에서 건조한다(도 2의 (B), 도 3c). 그 후에, 제2 접합재(2) 위에 제1 접합재(1)를 같은 방법으로 스크린 인쇄로서 원하는 폭과 두께로 형성한다(도 2의 (C)). 또한, 유기물을 번아웃하기 위해서, 350℃ 이상으로 접합재를 가열 및 소성하여서, 접합재(3')를 형성한다(도 2의 (D), 도 3d).
(단계S2: 제1 기판과 프레임의 접합 단계)
다음에, 접합재(3)를 제1 기판(12)에 접촉시켜서, 제1 기판(12) 상의 소정의 위치에 프레임 부재(14)을 설치한다(도 2의 (e)). 그리고, 프레임 부재(14)측으로부터 제1 기판(12)을 가압하면서, 할로겐램프나 레이저 출사 장치로부터 출사된 광을 모으고, 접합재(3)에 조사하여서, 접합재(3)를 국소 가열한다. 그리고, 접합재(3)는 용융한 후 고화되어, 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)가 서로 접합된다(도 2의 (f)). 여기서, 사용하는 광은, 접합재(3)를 용융 가능하게 하는 충분한 에너지를 갖는 전자파이면 특별히 한정되지 않는다. 제1 기판(12)은 프레임 부재(14)보다도 열용량이 크다. 따라서, 제1 접합재(1)는, 열용량이 보다 작은 기판(즉, 프레임 부재 14)에 마주 대하도록 배치되고, 제1 접합재(1)보다 열팽창 계수가 큰 제2 접합재(2)는, 열용량이 보다 큰 기판(즉, 제1 기판 12)에 마주 대하도록 배치된다.
그런데, 1층 구성의 접합재를 사용하는 경우에는, 열용량이 제1 기판(12)보다 작은 상기 기판인 프레임 부재(14)에 마주 대하는 일부분의 열팽창 계수가, 열용량이 프레임 부재(14)보다 큰 기판인 상기 제1 기판(12)에 마주 대하는 상기 일부분의 열팽창 계수보다 작게 되도록 접합재를 배치한다.
접합재(3)가 가열되면, 접합재(3)가 열원이 되어서 그 접합재(3)에 인접하는 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)도 가열되어, 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)의 온도는 상승한다. 이 결과, 제1 기판(12), 프레임 부재(14), 및 접합재(3)는 열팽창한다. 여기서, 열팽창 계수의 차이와 온도의 차이로 인해 상기 일부분의 팽창의 비율은 일반적으로 다른 부와 다르기 때문에, 이것들의 일부분들은 서로 오정렬된다. 그러나, 접합재(3)가 용융하고 있기 때문에, 열팽창의 차이에 의한 이들 일부분의 상호 오정렬이 흡수되어서, 제1 기판(12), 프레임 부재(14), 및 접합재(3)는 각각 기타의 부분으로부터 구속되지 않고 자유롭게 열팽창한다. 그 후, 레이저 빔등의 조사가 종료할 때, 제1 기판(12), 프레임 부재(14), 및 접합재(3)의 온도가 저하하기 시작하고, 다시 이들 일부분의 열팽창의 차이로 인해 상호 오정렬된다. 그러나, 접합재(3)의 온도가 고화온도에 달할 때까지는, 상기와 같은 이유에 때문에 제1 기판(12), 프레임 부재(14), 및 접합재(3)는 각각 다른 부분으로부터 구속되지 않고 자유롭게 열수축한다.
다음에, 접합재(3)의 온도가 고화온도에 달하면, 접합재(3)는 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)를 구속한다. 그렇지만, 이 시점에서는 제1 기판(12), 프레임 부재(14), 및 접합재(3)가 아직 고온상태에 있으므로, 이들 일부분은, 이들 일부분의 온도가 접합재(3)의 고화 후도 한층 더 저하하면서 열수축을 계속한다. 프레임 부재(14)가 제1 기판(12)보다도 열용량이 작기 때문에, 프레임 부재(14)는 제1 기판(12)과 비교하여 온도 상승하기 쉬워서, 프레임 부재(14)의 온도는 접합재(3)의 온도가 고화온도에 도달해도 여전히 제1 기판(12)보다도 높다. 따라서, 프레임 부재(14)는 제1 기판(12)보다 접합재(3)의 고화후의 온도 저하가 크고, 프레임 부재(14)는 상기 제1 기판(12)과 비교하여 열수축 하기 쉽다. 즉, 휘어짐을 감소시키기 위해서는, 프레임 부재(14)의 열수축을 억제하는 것이 중요하다.
그런데, 접합재(3)도, 그것의 온도 저하에 따라 열수축한다. 접합재(3)는 프레임 부재(14)를 구속하고 있기 때문에, 접합재(3)로부터 프레임 부재(14)에 인가된 전단력은, 프레임 부재(14)의 수축에 영향을 미친다. 프레임 부재(14)에 접하는 제1 접합재(1)는 제2 접합재(2)보다도 열팽창 계수가 작기 때문에, 제1 접합재(1)의 열수축량은 제2 접합재(2)의 열수축량보다도 작다. 바꾸어 말하면, 프레임 부재(14)를 내측으로 끌어당기는 제1 접합재(1)의 힘은, 제2 접합재(2)의 힘보다 작다. 게다가, 제1 접합재(1) 및 프레임 부재(14)의 열팽창 계수와 온도강하량에 따라 프레임 부재(14)를 외측으로 연장하는 제1 접합재(1)의 힘은 상기 프레임 부재(14)에 인가되는 것도 가능하다. 이 경우도, 프레임 부재(14)를 외측으로 연장하는 제1 접합재(1)의 힘은 제2 접합재(2)의 힘보다 크다. 어쨌든, 프레임 부재(14)의 열수축은, 제2 접합재(2)가 인접하게 위치된 경우와 비교해서 저하되어서, 휘어짐을 저감시키는 것이 가능하다. 그 결과, 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)는, 충분한 기밀성과 보다 적은 휘어짐으로 안전하고 견고하게 서로 고정된다.
(단계S3: 제1 기판이 접합된 프레임 부재를 제2 기판에 접합하는 단계)
이어서, 스페이서(8)를 제1 기판(12)의 배선(28,29) 위에 배치한다. 그 후, 접합재(3')를 프레임 부재(14)에 접촉시켜서, 제1 기판(12)과 접합된 면과 다른 프레임 부재(14)의 면에 제2 기판(13)을 얼라인먼트해서 배치한다(도 2의 (g)참조). 이어서, 제2 기판(13)측으로부터 접합재(3')를 가압하면서, 할로겐 램프나 레이저 출사 장치로부터 출사된 광을 모으고, 접합재(3')에 조사하여서, 접합재(3')를 국소 가열한다. 여기서, 그 가압은, 기계적으로 하중을 더하여서 또는 압력을 내리면서 대기압을 더하여서 행해져도 된다. 이와 같이, 접합재(3')는 용융하고, 그 후 고화되어서, 제2 기판(13)과 프레임 부재(14)는 서로 접합된다(도 2의 (h)). 이 때, 스페이서(8)와 제2 기판(13)이 서로 접촉하고, 제1 기판(12)과 제2 기판(13)간의 간격은 일정하게 유지된다.
프레임 부재(14)와 제2 기판(13)이 서로 접합되는 경우에도, 열용량이 작은 프레임 부재(14)측에 열팽창 계수가 작은 제1 접합재(1)가 위치하고 있기 때문에, 상기와 동일한 효과를 갖는 것이 가능하다. 그 결과, 제2 기판(13)과 프레임 부재(14)는, 충분한 기밀성과 보다 적은 휘어짐으로 안전하고 견고하게 서로 고정되어, 기밀성이 높은 외위기(10)를 얻을 수 있다.
(단계S4: 소성(baking) 및 밀봉 단계)
외위기(10)의 내부공간의 진공도를 높이기 위해서, 가열공정 후에, 소정의 온도로 소성을 행한다. 보다 구체적으로는, 외위기(10)를 진공 쳄버(도면에 나타내지 않음)내에 설치한다. 다음에, 외위기(10) 내부를 배기구멍(7)을 통해 진공배기하면서, 쳄버내의 진공도를 10-3Ｐa대로 하강시킨다. 그 후에, 외위기(10) 전체를 가열하고, 비증발형 게터(37)를 활성화시킨다. 한층 더, 밀봉재(6)와 밀봉뚜껑(5)으로 배기구멍(7)을 봉지하여, 화상표시장치(11)를 형성한다. 밀봉뚜껑(5)은 제1 기판(12)과 같은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 그렇지만, Al, Ｔｉ, Ｎｉ등의 진공 소성 중에 용융하지 않는 금속이나 합금을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 가열 공정(도 2의 (h))이 소성공정(도 2의 (i)) 후에 행해지는 경우도 상기와 같이 동일한 효과를 얻을 수 있다.
화상표시장치에 적용가능한 접합재와 접합 방법을 결정하기 위해서는, 하기의 사항을 고려할 필요가 있다:
(1) 진공중 소성(고진공 형성) 공정에 있어서의 내열성;
(2) 고진공 유지(진공 리크(leakage) 극소, 가스 투과 극소);
(3) 유리부재와의 접착성 확보;
(4) 저 방출 가스(고진공 유지)특성의 확보; 및
(5) 접합후의 화상표시장치의 휘어짐이 적은 것.
본 실시예에 따른 접합 방법은 이러한 조건을 모두 충족시킨다.
이후, 구체적인 예시들을 들어서 본 발명을 자세하게 설명한다.
(예시 1)
본 예시의 접합재와 접합 방법을 적용한 화상표시장치(11)는, 도 1에 모식적으로 도시된 장치와 동일한 구성을 가지고 있다. 즉, 제1 기판(12)에는 복수의 전자방출소자(27)가 배치되고, 배선도 배치되어 있다. 또한, 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)는 제1 및 제2 접합재(1,2)에 의해 서로 접합되고, 제2 기판(13)과 프레임 부재(14)는 제1 및 제2 접합재(1,2)에 의해 서로 접합되어 있다.
제1 기판(12), 제2 기판(13), 및 프레임 부재(14)의 열팽창 계수는 80×10-7／℃로 같게 했다. 프레임 부재(14)의 재질은, 제1 기판(12) 및 제2 기판(13) 각각과 같게 했기 때문에(즉, ＰＤ200(ASAHI GLASS CO.,LTD로부터 입수 가능)), 프레임 부재(14)의 열용량은, 제1 기판(12) 및 제2 기판(13) 각각의 열용량보다 작았다.
본 예시의 화상표시장치에서는, 제1 기판(12) 위에, 복수(240행×720열)의 표면 전도형 전자방출소자(27)가 형성되어 있다. 표면 전도형 전자방출소자(27)는 X방향 배선(상(upper)배선이라고도 부른다)(28) 및 Y방향 배선(하(lower)배선이라고도 부른다)(29)과 전기적으로 접속되어서, 단순 매트릭스 배선이 설치되어 있다. 제2 기판(13) 위에는 스트라이프형의 빨강, 초록 및 파랑 형광체(도면에 나타내지 않음)로 이루어진 형광막(34)과, 블랙 스트라이프(35)가 교대로 배열되어 있다. 또한, 형광막(34) 위에는, Aｌ박막으로 이루어진 금속 백(36)이 스퍼터링법에 의해 0.1μm의 두께로 형성되고, 비증발형 게터(37)로서, 전자빔 진공 증착법에 의해 0.1μm의 두께로 형성된 Ｔｉ막이 설치된다.
이후, 본 예시의 화상표시장치의 접합 방법에 대해서, 도 1, 도 2 및 도 3a∼3d를 참조하여 설명한다. 본 예시에서는, 접합재(3)로서 글래스 프릿을 사용한다.
(단계 a) 테르피네올(terpineol)과, ElvaciteTM와, 제1 접합재(1)의 모재가 되는 ＢＡＳ115 베이스의 Ｂｉ계 납-프리 글라스 프릿(ASAHI GLASS CO.,LTD로부터 입수 가능: 열팽창 계수α=75×10-7／℃)를 조합한 페이스트(paste)(제1 접합재(1))를 준비했다. 이 페이스트를 프레임 부재(14)의 둘레 길이를 따라, 스크린 인쇄로, 폭 1mm, 두께 10μm이도록 형성한 후, 120℃에서 건조시켰다(도 2의 (b), 도 3a).
(단계b) 테르피네올과, ElvaciteTM와, 제2 접합재(2)의 모재가 되는 ＢＡＳ115 베이스의 Ｂｉ계 납-프리 글라스 프릿(ASAHI GLASS CO.,LTD로부터 입수 가능: 열팽창 계수α=79×10-7／℃)를 조합한 페이스트(제2 접합재(2))를 준비했다. 이 페이스트를, 상기 제1 접합재(1)와 마찬가지로, 건조한 제1 접합재(1) 위에, 스크린 인쇄로 폭 1mm, 두께 10μm이도록 형성했다(도 2의 (c)).
(단계c) 유기물을 번아웃 하기 위해서, 접합재를 480℃로 가열 및 소성하여서, 접합재(3)를 형성했다(도 2의 (d), 도 3b).
(단계A) 테르피네올과, ElvaciteTM와, 제2 접합재(2)의 모재가 되는 ＢＡＳ115 베이스의 Ｂｉ계 납-프리 글라스 프릿(ASAHI GLASS CO.,LTD로부터 입수 가능: 열팽창 계수α=79×10-7／℃)를 조합한 페이스트(제2 접합재(2))를 준비했다. 이 페이스트를, 제2 기판(13)의 프레임 부재(14)와 대향하는 면에, 둘레 길이를 따라, 스크린 인쇄로, 폭 1mm, 두께 10μm이도록 형성하고, 120℃로 건조시켰다(도 2의 (B), 도 3c).
(단계B) 다음에, 테르피네올과, ElvaciteTM와, 제1 접합재(1)의 모재가 되는 ＢＡＳ115 베이스의 Ｂｉ계 납-프리 글라스 프릿(ASAHI GLASS CO.,LTD로부터 입수 가능: 열팽창 계수α=75×10-7／℃)를 조합한 페이스트를 준비했다. 이 페이스트를, 건조한 제2 접합재(2) 위에, 제1 접합재(1)와 마찬가지로, 스크린 인쇄로, 폭 1mm, 두께 10μm이도록 형성했다(도 2의 (C)).
(단계C) 유기물을 번아웃 하기 위해서, 접합재를 480℃로 가열 및 소성하여서, 접합재(3')를 형성했다(도 2의 (D), 도 3d).
(단계d) 제1 기판(12) 위에 접합재(3)를 접촉시키고, 프레임 부재(14)를 제1 기판(12)의 소정의 위치에 설치했다(도 2의 (e)).
(단계e) 프레임 부재(14)측으로부터 접합재를 가압하면서, 파장 980ｎｍ, 파워 130W, 유효 직경 1mm의 반도체 레이저 빔을 300mm/S의 속도로 주사하면서 접합재(3)에 조사해서, 국소 가열했다. 이것에 의해, 접합재(3)를 용융 후 고화시켜서, 제1 기판(12)과 프레임 부재(14)를 서로 접합했다(도 2의 (f)).
(단계f) 스페이서(8)를 제1 기판(12)의 배선(28,29) 위에 배치했다.
(단계g) 프레임 부재(14)의 제1 기판(12)이 접합되지 않은 다른 쪽의 면에, 제2 기판(13) 위에 형성된 접합재(3')를 접촉시키고, 제2 기판(13)을 제1 기판(12) 위에 얼라인먼트해서 설치했다(도 2의 (g)).
(단계h) 제2 기판(13)측으로부터 접합재를 가압하면서, 파장 980ｎｍ, 파워 130W, 유효 직경 1mm의 반도체 레이저 빔을 300mm/S의 속도로 주사하면서 접합재(3')에 조사해서, 국소 가열했다. 이것에 의해, 접합재(3')를 용융 후 고화시켜서, 제2 기판(13)에 접합된 프레임 부재(14)를 제1 기판(12)에 접합했다(도 2의 (h). 스페이서(8)와 제2 기판(13)은 서로 접촉하고, 제1 기판(12)과 제2 기판(13)간의 간격은 일정하게 유지되어, 외위기(10)가 형성되었다.
(단계i) 외위기(10)를 진공 쳄버(도면에 나타내지 않음) 내에 설치하였다. 이어서, 배기구멍(7)을 통해 외위기(10) 내측을 진공배기하면서, 쳄버내의 진공도를 10-3Ｐａ대로 했다. 또한, 외위기(10) 전체를 350℃까지 가열하고, 비증발형 게터(37)를 활성화하였다. 그 후, Ｉｎ으로 이루어진 밀봉재(6)와 유리 기판으로 이루어진 밀봉뚜껑(5)으로 배기구멍(7)을 봉지하여서, 화상표시장치(11)를 형성했다.
이상과 같이 접합된 본 예시의 도 1의 화상표시장치에서는, 단계a∼c (단계A∼C)에서, 2종류의 접합재 중 열팽창 계수가 작은 쪽의 접합재를, 한 쌍의 기재 중 열용량이 작은 쪽의 기재측(프레임 부재 14)에 형성하고 있다. 이것에 의해, 작은 열용량으로 인해 온도가 상승하기 쉬운 기재의 열수축이 억제되고, 기재를 접합한 후의 휘어짐이 더욱 저감하여서, 안전성이 향상하고, 또 기밀성이 우수한 레이저 접합을 행한다.
(예시 2)
본 예시는, 프레임 부재의 재료로서 ＰＤ200 대신에 소다 라임 글라스(ＡＳ soda lime glass: 열팽창 계수 87×10-7／℃)를 사용한 이외는 예시 1과 같다.
본 예시의 화상표시장치에서는, 프레임 부재(14)의 열팽창 계수가 제1 기판(12) 및 제2 기판(13)의 열팽창 계수보다 크고, 프레임 부재(14)의 열용량이 제1 기판(12) 및 제2 기판(13)의 열용량보다 작다. 단계a∼c(단계A∼C)에서, 2종류의 접합재 중 열팽창 계수가 작은 쪽의 접합재를, 프레임 부재(14)측에 형성했다. 이것에 의해, 작은 열용량으로 인해 온도가 상승하기 쉬운 기재(프레임 부재 14)의 열수축이 억제되고, 기재를 접합한 후의 휘어짐이 더욱 저감하여서, 안전성이 향상하고, 또 기밀성이 우수한 레이저 접합을 행한다.
(예시 3)
본 예시는 시트(sheet) 프릿을 사용한 것 이외는 상기 예시 1,2와 같다. 보다 구체적으로는, 열팽창 계수α=75×10-7／℃, 두께 0.02mm 및 폭 1mm의 주변을 둘러싸는 평탄한 제1 접합재(1)를 미리 시트처럼 소성해서 프릿을 형성했다. 다음에, 이 프릿 위에 열팽창 계수α=79×10-7／℃, 두께 0.02mm, 폭 1mm의 주변을 둘러싸는 평탄한 제2 접합재(2)를 시트처럼 적층하고, 소성하여, 접합재(3)를 형성했다. 그리고, 단계a, b, A, B를 생략하고, 열용량이 작은 프레임 부재(14)와 열팽창 계수가 작은 제1 접합재(1)가 접촉하도록 접합재(3)를 배치했다.
이상과 같이 형성된 본 예시의 화상표시장치에서는, 작은 열용량으로 인해 온도가 상승하기 쉬운 기재의 열수축을 억제할 수 있으므로, 기재를 접합한 후의 휘어짐이 더욱 저감하여서, 안전성이 향상하고 기밀성이 우수한 레이저 접합을 행하였다. 본 예시에서는, 비증발형 게터(37)를 제2 기판(13) 위에 설치하였다. 그렇지만, 비증발형 게터(37)를, 제1 기판(12)의 배선 위에 설치해도 좋다(도면에 나타내지 않음).
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

Claims (5)

  1. 서로 열용량이 다르고, 열팽창 계수간의 차이가 10×10-7／℃이내인 한 쌍의 기재 사이에 접합재를 배치하는 단계; 및
    상기 한 쌍의 기재 사이에 배치된 상기 접합재에 전자파를 조사하여 상기 접합재를 용융시킨 후, 고화시킴으로써 상기 한 쌍의 기재를 상기 접합재로 접합하는 단계를 포함하고,
    상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수가, 10×10-7／℃이내의 차이만큼, 상기 한 쌍의 기재 중 열용량이 큰 쪽의 상기 기재에 마주 대하는 상기 접합재의 일부분에서의 열팽창 계수보다도 작은, 기재의 접합 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합재는, 제1 접합재와, 상기 제1 접합재보다도 10×10-7／℃이내의 차이만큼 열팽창 계수가 큰 제2 접합재의 적층체이며,
    상기 접합재를 배치하는 단계에서는, 상기 제1 접합재를 상기 열용량이 작은 쪽의 기재에 마주 대하게 배치하고, 상기 제2 접합재를 상기 열용량이 큰 쪽의 기재에 마주 대하게 배치하는, 기재의 접합 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 접합재 및 상기 제2 접합재 각각은, 적어도 한번 350℃이상의 온도로 소성한 글래스 프릿(frit)으로 이루어진, 기재의 접합 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기재는, 유리로 이루어진, 기재의 접합 방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 기재의 접합 방법을 사용한 화상표시장치의 제조 방법으로서,
    상기 화상표시장치는, 다수의 전자방출소자를 구비한 제1 기판과, 상기 제1 기판과 대향해서 위치하고, 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자의 조사에 따라 화상을 표시하는 형광막을 구비한 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 위치하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 공간을 형성하는 프레임 부재를 구비하고,
    상기 한 쌍의 기재는, 상기 제1 기판과 상기 프레임 부재, 또는 상기 제2 기판과 상기 프레임 부재를 포함하는, 화상표시장치의 제조 방법.
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