TWI259492B - Image display apparatus and process for producing the same - Google Patents

Description

(1) 1259492 ' 九、發明說明 * 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於相對配置的玻璃基板相互封接，成爲真 空封接構造的平面型的畫像顯示裝置、及製造此平板型畫 像顯示裝置的製造方法。 【先前技術】 Φ 近年來，作爲畫像顯示裝置，由有效率的空間利用或 設計的要素，注目平面型的畫像顯示裝置。其中，如電場 發射裝置（以下，稱爲FED)的電子發射型的畫像顯示裝置 係從高亮度、高分析能力、低消耗電力等的優點，期待爲 優良的顯不器。 一般而言，平面型的畫像顯示裝置係具備··於特定的 間隔相對配置、同時以各個玻璃板構成的2片玻璃基板。 這些玻璃基板係相互封接周緣部互相而構成外圍器。爲2 # 片玻璃基板間的空間部的外圍器內部維持高真空度，成爲 重要的條件。亦即，在真空度低的情況，電子發射元件的 壽命下降，其結果，損害作爲畫像裝置顯示裝置的耐久 性。 在將如此的狹窄的封閉空間的內部維持高真空的情 況，作爲封接玻璃基板的封接材料，難以使用即使微量而 氣體亦通過的有機系的封接材料。因此，作爲封接材料， 使用無機系的黏著材料或封接材料成爲不可或缺。 例如，於日本特開2 〇 〇 2 _ 3〗9 3 4 6號記載，作爲爲了玻 (2) 1259492 璃基板相互間的接合或真空封接的封接材料，使用如 In、Ga的低融點金屬材料。這些低融點金屬材料若被加 熱至融點以上而熔融’則成爲能對玻璃具備高沾潤性而成 爲能氣密性高的封接。 . 然而’近時，被多用的平面型的畫像顯示裝置，亦有 玻璃基板的周長超過3 m的情況，與先前的陰極射線管等 比較而有封接大面積的必要。與陰極射線管等比較，封接 Φ 缺陷的導入要因係變爲增大接近2位數，玻璃基板互相的 封接係變爲非常困難的作業。 平面型的畫像顯示裝置，由該特徵，外圍器的真空規 格嚴格，亦有在比起封接材料的融點更高的溫度爲熱處理 的丨胃況。在如此的局溫的熱處理下，對於玻璃的封接材料 的沾潤性爲低下’封接材料變爲不能發揮充分的接合或封 接效果。該結果，產生不能製造維持高真空度的大型的顯 不裝置的問題開始。 【發明內容】 本發明係爲鑑於以上之點，其目的爲提供：可維持高 真空度，fe賴性提尚的晝像顯不裝置、和爲了製造此書像 顯示裝置的製造方法。 爲了達成上述目的，關於此發明的態樣的畫像顯示裝 置係具備存在間隙而相對配置的2片玻璃基板、和封接這 些基板的特定位置，於2片玻璃基板間規定密閉空間的封 ί女ρβ，上述紂接部係具備·沿者特定位置而塡充的低融點 -6 - (3) (3)1259492 金屬材料、麵置於坡義板_與低關金屬材料之 間，具有與玻璃的結合性及與上述低融點金屬材料的親和 性、同時R 5GGX：以下的溫度，對於熔㈣低關金屬材 料的溶解度爲未滿10%的金騎末材料、及以燒結玻璃料 (i r i t g 1 a s s )形成的複合材料層。 如藉由此發明的其他的態樣，製造具備：具有第〗其 板、和相對配置於此第1基板的第2基板的外圍器、和設 置於此外圍器內的複數的顯示元件之畫像顯示裝置的製造 方法；於至少一方的基板的內面周緣部，經由低融點玻璃 材料而接合矩形框狀的側壁的一面，於上述側壁的他面、 和與他方的基板的前述側壁相對的特定位置的至少一方， 塗佈金屬粉末材料與燒結玻璃料的混合物，燒結側壁及其 他的基板而形成複合材料層，於上述側壁的他面與其他的 基板的特定位置的至少一方，形成由低融點金屬材所構成 的封接層，以挾持上述側壁，相對配置第1基板與第2基 板，在真空中加熱處理而使上述封接層熔融，由上述封接 層而封接第1基板與第2基板。 【實施方式】 一邊參照以下圖面、同時詳細的說明關於將有關本發 明的平面型的晝像顯示裝置適用於FED的實施形態。 如第1圖及第2圖所示的’ F E D係具備：由各個矩形 狀的玻璃板所構成的第1基板1 1及第2基板1 2 °這些第 1及第2基板1 1、12係於約1 ·〇〜2 .〇mm的間隙被相對配 -7- (4) (4)1259492 ^ α由以矩形框狀的玻璃所構成的側壁1 3而接合基板 ’司’緣ρβ相互間’構成內部爲維持於真空的偏平的真空外圍 器10。 作爲接合構件而發揮機能的側壁〗3係，例如：藉由 ^結玻璃料等的低融點玻璃3 〇，接合於第2基板1 2的內 面周緣部。側壁1 3係如後述的，藉由包含了作爲封接材 料的低融點金屬材料的封接部3 3，被封接於第1基板1 1 的內面周緣部。由此，側壁1 3及封接部3 3係氣密的接合 第1基板1 1及第2基板1 2的周緣部相互間，於第1及第 2基板1 1、1 2間規定密閉空間。 於真空外圍器1 〇的內部，爲了支撐加於第1基板i i 及第2基板1 2的大氣壓負重，例如設置由玻璃所構成的 複數的板狀的支撐構件i 4。這些支撐構件1 4係延在於與 真空外圍器1 〇的短邊平行的方向、同時沿著與長邊平行 的方向而存在特定的間隔而配置。而且關於支撐構件；t 4 的形狀係不特別限定於此，使用柱狀的支撐構件亦佳。 於第1基板1 1的內面，形成作爲螢光面而發揮機能 的螢光體螢幕16。螢光體螢幕16係具備：在紅、綠、藍 發光的複數的螢光體層1 5、及形成於這些螢光體層之間 的複數的遮光層1 7。各螢光體層1 5係形成條紋狀、點狀 或矩形。於螢光體螢幕1 6上依序設置由鋁等所構成的金 屬背襯1 8及吸附膜1 9。 於第2基板1 2的內面上，作爲激發螢光體螢幕1 6的 螢光體層1 5的電子源，設置各個放出電子束的多數的電 -8- (5) (5)1259492 子發射元件2 2。若更詳細的描述’則於東2基板1 2的內 面上係形成導電性陰極層24，於此導電性陰極層24上形 成具有多數的凹處（cavity)25的二氧化矽膜26。於二氧化 矽膜26上係設置由鉬、鈮等所構成的閘極電極28。 於第2基板1 2的內面上，於各凹處25內係設置由鉬 等所構成的錐狀的電子發射元件22。這些電子發射元件 2 2係對應於每畫素而配列爲複數列及複數行。以外，於 第2基板1 2上，對電子發射元件22供給電位的多數條的 配線2 1設置爲矩陣狀，該端部係拉出至真空外圍器1 〇的 外部。 於如上述的被構成的FED，圖像訊號係被輸入至電子 發射元件2 2和閘極電極2 8 °在將電子發射元件2 2作爲 基準的情況，在亮度最高的狀態時，於閘極電極被施加 + 100V的閘極電壓，於螢光體螢幕16係被施加+l〇kV。 由電子發射元件22發射的電子束的大小係藉由閘極電極 28的電壓而調變。然後，藉由電子束使螢光體螢幕16的 螢光體層激發而使其發光而顯示畫像。 而且，於螢光體螢幕1 6係因爲施加高電壓，所以作 爲爲了形成第1基板1 1、第2基板12、側壁1 3及支撐構 件1 4的板玻璃’全部使用尚張力點（s tr a丨n P 0丨n 0玻璃。 接著，詳細的說明關於封接第i基板11與側壁13之 間的封接部3 3。 如第2圖所示的，封接部3 3係爲第1基板1 1的特定 位置，具有：沿著基板的內面周緣部而形成矩形框狀的金 -9- (6) (6)1259492 屬層1 a、和沿著於側壁1 3的第1基板側端面而形成矩 形框狀的金屬層3 1 b、和存在於這些金屬層3 1 a、3 1 b 間’由低融點金屬材料形成的封接層3 2。 金屬層3 1 a、3 1 b的各個係，如第3圖所示的，爲藉 由金屬粉末3 4及燒結玻璃料3 5而形成的複合材料層。金 屬粉末3 4係對於玻璃而具有結合性，對於低融點金屬材 料具有親和性，而且，於5 00°C以下的溫度，對於熔融的 封接層3 2的溶解度成爲未滿〗。 本發明者群係重覆關於有關玻璃與金屬的接合的機構 的硏究’作爲其1，有系統的觀察，對用於封接材料的銦 (In)的玻璃的沾潤現象。其結果，判明已熔融的In係具有 與玻璃沾潤的能力，但因爲表面張力大，所以不能廣泛沾 潤玻璃面上，成爲半球狀。因此，得到了以I n封接長距 離爲困難’使In固著於一定的場所，而且設置使表面張 力相對的緩和的物質於玻璃與In之間爲重要之結論。 因此，想到於玻璃表面形成金屬層，關於形成方法重 覆實驗。作爲結果，判明：作爲上述物質，若爲金屬則相 對的下降In的表面張力，但形態爲膜的情況，多數的物 質係在In凝固時由玻璃面剝離。而且，於未滿5 00 °C的 低溫，若金屬層對於In亦具有某程度的溶解度，則時間 經過、同時由玻璃面消失，變爲無效力。 由這些現象，作爲金屬層成爲於玻璃內部埋入一部分 的形態，材料係藉由選定對In的溶解度低者，發現可解 進上述2個問題。另外，了解如爲滿足這個條件的材料， -10- (7) (7)1259492 即使不限於：[η的低融點金屬或合金，亦可得高的真空封 接能力。 作爲形成於玻璃內部埋入金屬的一部分的狀態的手 法，適量混合低融點玻璃的粉末與金屬材料粉末，藉由塗 佈、印刷等，在形成了由這些的混合體所構成的複合材料 治後’以在低融點玻璃的融點以上加熱複合材料層而可達 成。作爲對於低融點金屬的溶解度的低的材料，可使用包 含 Fe、Si、Al、Mn、W、Mo、Nb、Ni、Cu、Ti ' Ta 之 \ 個的金屬單體、或以這些作爲主成分的合金、或混合體。 作爲上述低融點金屬材料或合金，由Itl、Ga、Sn、 Bi選擇至少1種類、或於這些含有Ag、Cu、A1等的金屬 爲有用。 第4圖係表示關於本發明的其他的實施形態的f e D 的一部分的剖面圖。 與前述實施形態同樣，以各個矩形的玻璃板形成的第 1基板1 1及第2基板1 2爲存在特定的間隙而相對配置。 這些第1、第2基板1 1、12的周緣部相互間爲經由以剖 面圓形的金屬線所構成的側壁3 6而封接，構成內部爲維 持於真空狀態的偏平的矩形狀的真空外圍器1 〇 A。真空外 圍器1 0 A的內部構造係因爲與先前說明的真空外圍器1 0 同一，所以在此省略新的說明。 作爲接合構件而發揮機能的側壁3 6係藉由包含作爲 封接材料的低融點金屬材料的封接層3 2，封接於第1基 板1 1的內周緣部及第2基板12的內面周緣部。由此，側 •11 - (8) (8)1259492 壁3 6及封接層3 2係氣密的接合第1基板1 1及第2基板 1 2的周緣部相互間，於第1、第2基板相互間規定密閉空 間。在第1基板1 1與側壁3 6之間、及第2基板1 2與側 壁 36之間，藉由形成於各基板的封接面上的金屬層 3 1 a、3 1 b而封接。 而且，詳細的說明關於封接第1及第2基板Π、1 2 的周緣部相互間的封接部4 0。此封接部4 0係具有側壁 3 6、和爲第1基板1 1的特定位置，沿著第1基板的內面 周緣部而形成矩形框狀的金屬層3 1 a、和爲第2基板1 2 的特定位置，沿著第2基板的內面周緣部而形成矩形框狀 的金屬層31b、及位於這些金屬層31a、31b與側壁36之 間的低融點金屬材料的封接層32。 金屬層3 1 a、3 1 b的各個，與在第3圖所示的金屬層 相同，爲藉由金屬粉末3 4及燒結玻璃料3 5而形成的複合 材料層。金屬粉末3 4係對於玻璃而具有結合性，對於低 融點金屬材料具有親和性，而且，於5 〇 〇 以下的溫度， 對於熔融的封接層3 2的溶解度成爲未滿丨〇%。 以下，關於FED的構成，使用實施例而詳細的說 明。 (實施例1) 爲了構成FED，準備各個由縱65cm、橫1 l〇cm的玻 璃板所構成的第1及第2基板11、1 2，一方的基板，例 如：於第2基板1 2的內面周緣部，藉由燒結玻璃料而接 -12- (9) (9)1259492 合由矩形框狀的玻璃所構成的側壁i 3。 接著’準備於將F e - 6 % S i粉末、和燒結玻璃料粉 末，以重量比5 : 5混合的複合材料，混合爲了具有黏性 的結合劑而成的糊狀物，將此糊狀物，藉由網版印刷裝 置’於側壁1 3的上面、和與爲第1基板1 1的內面周緣部 的側壁相對的特定位置，各個以寬1 〇mm、厚2 5 // m印 刷，形成金屬層3 1 a、3 1 b。然後，將第1基板1 1及側壁 1 3，在大氣爐以特定的條件燒結。 接下來，以超音波烙鐵，於金屬層3 1 a及金屬層3 1 b 上，塗佈In至寬4mm、厚度0.2mm，形成封接層32。在 將2片基板1 1、12空出1 00mm的間隙而相對配置的狀 態，將基板在5x1 (T6Pa的真空中加熱處理，熔融In及金 屬層3 1 a、3 1 b。之後，在冷卻的過程如對上金屬層3 1 a、 3 1 b的位置，使2片基板1 1、12密接，如I η爲於兩方之 面成爲連續的。在此狀態，藉由冷卻第1及第2基板 1 1、1 2而使金屬層與In的合金凝固，封接側壁1 3與第1 基板1 1。 經由事先設置於封接部3 3的測定用的孔而評估真空 封接特性時，顯示 lxl(T9atm · cc/sec以下的洩漏量，了 解發揮充分的封接效果。由這些結果和外表的哪一個’都 了解起因於金屬的封接的龜裂於第1、第2基板1 1 ' 1 2 內不產生。 (實施例2) -13 - (10) (10)1259492 爲了構成FED，準備各個由縱65cm、橫1 10cm的玻 璃板所構成的第1及第2基板1〗、1 2，接著，爲特定的 基板的相對的特定的部位，例如：於第2基板1 2的內面 周緣部的特定位置’使用金屬遮罩（m e t a 1 m a s k)，在將Si 粉末與燒結玻璃料的粉末，混合至重量比4 : 6的複合材 料，混合爲了具有黏性的結合劑而成的糊狀物，以寬 10mm、厚 2 5 // m形成圖形。由此，形成金屬層 3 1 a、 3 1 b 〇 將第1基板1 1及第2基板1 2在大氣爐以特定的條件 燒結，之後，於各金屬層3 1 a、3 1 b上，將5 3 % B i - S η合 金藉由超音波烙鐵，塗佈至寬4 m m、厚度0.2 m m，形成封 接層。接著，於一方的基板的封接層上，設置了由施加了 Ag鍍覆的Fe-37%Ni合金的金屬線（直徑1.5mm)所構成的 側壁3 6。 在將2片基板11、12放置100mm的間隙而相對配置 的狀態，在5 X 1 〇_ 6 P a的真空中加熱脫氣處理，使金屬層 3 1 a、3 lb及封接層熔融。之後，在冷卻過程到2〇〇°C時， 將2片基板在特定的位置黏合。熔融著的5 3 B i - S η合金 係因爲對於爲Fe-3 7 %Ni合金線的側壁36親和性佳，所以 沿著此側壁沾潤廣泛，成爲無間隙的狀態。在此狀態使封 接層及金屬層凝固，封接了 2片基板1 1、1 2。關於如此 作用而構成的F ED，實施與實施例1相同的真空洩漏試驗 時，可得相同的結果。 -14- (11) 1259492 (實施例3 ) 爲了構成FED，準備各個由縱65cm、橫1 l〇cm的 璃板所構成的第1及第2基板1 1、12，接著，在爲特 的基板的相對的特定場所，在此係於各基板的內面阇緣 特定的位置，使用金屬遮罩（metal mask)，在將 Mo粉 與燒結玻璃料的粉末，混合至重量比5 : 5的複合材料 混合爲了具有黏性的結合劑而成的糊狀物，以寬 厚2 5 // m形成圖形，形成金屬層。 將第1基板1 1及第2基板1 2在大氣爐以特定的條 燒結後，於各金屬層上，將57% Bi-Sn合金藉由超音波 鐵，以寬4mm形成厚度0.2mm的封接層。接著，於一 的基板的封接層上，作爲側壁3 6設置了由施加了 Ag 覆的Ti線（直徑1 .5mm)36。 在將2片基板1 1、1 2放置1 〇 〇 m m的間隙而相對配 的狀態，在5x10胃6Pa的真空中加熱脫氣處理，使封接 熔融。接著，在冷卻過程到2 0 0 °C時，將2片基板在特 的位置黏合。熔融著的5 7 % B i - S η合金係因爲對於爲 線的側壁3 ό親和性佳，所以沿著側壁沾潤廣泛而成爲 間隙的狀態。在此狀態使封接層凝固，封接了 2片基板 關於此FED ’實施與實施例1相同的真空洩漏試驗時， 得相同的結果。 而且，構成複合材料層的金屬層3 1 a、3 1 b的金屬 末與燒結玻璃料的比例’以重量比，容許在9 5 · 5〜ς 9 5的範圍。在此被使用的金屬粉末的粒徑係容許在〇 5 玻 定 部 末 件 烙 方 鍍 置 層 定 Ti 魅 Ο 可 粉 -15- (12) (12)1259492 y m〜5 Ο // m的範圍。 如以上的，如藉由上述的實施形態及各實施例，對以 高真空作爲必要的大型的玻璃製容器，成爲能具有高氣密 性而封接。由此，可維持高真空度，可得信賴性提高的平 面型的晝像顯示裝置。 而且，本發明係不限定於上述實施的形態原樣，在實 施階段係在不逸脫其要旨的範圍，可變形構成要素而具體 化。另外，藉由於上述實施形態開示的複數的構成要素的 適宜的組合，可形成各種的發明。例如，由表示於實施的 形態的全構成要素，削除幾個構成要素亦佳。而且適宜組 合涉及相異的實施形態的構成要素亦佳。 於本發明，間隔物、其他的構成要素的尺寸、材質等 係不限定於上述的實施的形態，按照必要而可適宜選擇。 然後’本發明係，作爲電子源不限於使用電場發射型電子 發射兀件，亦可適用使用了表面傳導型、奈米碳管等的其 他的電子源的畫像顯示裝置、及內部爲被維持真空的其他 的平面型晝像顯示裝置。 [產業上的可利用性] 如藉由本發明，可提供：可維持高真空度，信賴性提 高的畫像顯示裝置及畫像顯示裝置的製造方法。 【圖式簡單說明】 [第1圖]第1圖係表不關於本發明的一實施形態的 -16- (13) 1259492 F E D的槪略構成的立體圖。 [第2圖]第2圖係關於同實施形態’沿著第1圖的線 II-II而切斷的FED的剖面圖。 [第3圖]第3圖係關於同實施形態，放大F E D的封接 部金屬層而表示的剖面圖。 [第4圖]第4圖係表示本發明的其他的實施形態的 F E D的封接部的剖面圖。 【主要元件符號說明】 10 真空外圍器 1 0 A 真空外圍器 11 第1基板 12 第2基板 13 側壁 14 支撐構件 15 螢光體層 16 螢光體螢幕 17 遮光層 18 金屬背襯 19 吸附膜 22 電子發射元件 24 導電性陰極層 25 凹處 26 二氧化矽膜 -17- 1259492 閘極電極 低融點玻璃 金屬層 金屬層 封接層 封接部 金屬粉末 燒結玻璃料 側壁 封接部

Claims (1)

1. (1) (1)1259492 十、申請專利範圍 1 · 種晝像顯示裝置，其特徵爲：具備存在間隙而相 對配置的2片基板、和封接這些基板的特定位置，於2片 基板間規定密閉空間的封接部， 上述封接部係具備：沿著上述特定位置而塡充的低融 點金屬材料、和設置於上述基板表面與上述低融點金屬材 料之間’具有與玻璃的結合性及與上述低融點金屬材料的 親和性，而且，於5 0 0 °C以下的溫度，對於熔融的上述低 融點金屬材料的溶解度爲未滿1 〇%的金屬粉末材料、及以 燒結玻璃料形成的複合材料層。 2.如申請專利範圍第1項所記載的畫像顯示裝置，其 中’上述金屬粉末材料係以至少含有Fe、Si、A1、Μη、 W、Mo、Nb、Ni、Cu、Ti、Ta的一個的金屬單體、或以 這些作爲主成分的合金、或者混合體而形成。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載的畫像顯示裝置， 其中，上述低融點金屬材料係至少含有In、Ga、Sn、Bi 的一個之金屬單體、或以這些作爲主成分的合金而形成。 4.如申請專利範圍第1項至第3項之中任一項所記 載的畫像顯不裝置，其中，具備：形成於一方的上述基板 的內面的螢光體層、和設置於他方的基板的內面上，激發 t述螢光體層的複數的電子源。 5 · —種晝像顯不裝置的製造方法，係製造具備：具 有第1基板、和相對配置於此第1基板的第2基板的外圍 器、和設置於此外圍器內的複數的顯示元件之畫像顯示裝 -19- (2) (2)1259492 置的製造方法， 其特徵爲：於至少一方的基板的內面周緣部，經由低 融點玻璃材料而接合矩形框狀的側壁的一面， 於上述側壁的他面、和與他方的基板的前述側壁相對 的特定位置的至少一方，塗佈金屬粉末材料與燒結玻璃料 的混合物，燒成側壁及其他的基板而形成複合材料層， 於上述側壁的他面與其他的基板的特定位置的至少一 方’形成由低融點金屬材所構成的封接層， 以挾持上述側壁，相對配置第〗基板與第2基板，在 真空中加熱處理而使上述封接層熔融，由上述封接層而封 接第1基板與第2基板。 6 . 一種晝像顯示裝置的製造方法，係製造具備：具 有第1基板、和相對配置於此第1基板的第2基板的外圍 器、和設置於此外圍器內的複數的顯示元件之畫像顯示裝 置的製造方法， 其特徵爲：於第1基板及第2基板的內面周緣部，塗 佈金屬粉末材料與燒結玻璃料的混合物， 燒結上述第1及第2基板，使前述混合物熔融而形成 金屬層， 於形成於上述第1基板及第2基板的金屬層之上，形 成由低融點金屬材料所構成的封接層， 於任〜方的基板的封接層上，設置由線（wire)所構成 的側壁， 挾持上述側壁而相對配置第1基板及第2基板，在真 -20- (3)1259492 空中加熱處理而使上述封接層熔融，藉由上述封接層而封 接第1基板與第2基板。

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