WO2006001307A1 - 画像表示装置および画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

明 細 書

画像表示装置および画像表示装置の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、対向配置されたガラス基板相互を互いに封着して真空封着構造をなす 平面型の画像表示装置、およびこの平板型画像表示装置を製造する製造方法に関 する。

背景技術

[0002] 近年、画像表示装置として、効率的な空間利用あるいはデザイン的な要素から、平 面型の画像表示装置が注目されている。中でも、フィールド'ェミッション 'デバイス（ 以下、 FEDと称する)のような電子放出型の画像表示装置は、高輝度、高分解能、 低消費電力等のメリットから優れたディスプレイであると期待されている。

[0003] 一般に、平面型の画像表示装置は、所定の間隔をおいて対向配置されるとともに、 それぞれガラス板で構成された 2枚のガラス基板を備えて ヽる。これらのガラス基板 は、周縁部相互が互いに封着されて外囲器を構成している。 2枚のガラス基板間の 空間部である外囲器内部は、高い真空度に維持することが重要な条件となっている 。すなわち、真空度が低い場合は、電子放出素子の寿命が低下し、その結果、画像 装置表示装置としての耐久性が損なわれる。

[0004] このような狭い閉空間の内部を高真空に維持する場合、ガラス基板を封着する封 着材として、微量でも気体が通過する有機系の封着材を使用することは難しい。その ため、封着材として、無機系の接着材あるいは封着材を用いることが不可欠となって いる。

[0005] たとえば、特開 2002— 319346号には、ガラス基板同士の接合あるいは真空封着 するための封着材として、 In、 Gaのような低融点金属材が用いられることが記載され ている。これらの低融点金属材は、融点以上に加熱され溶融すると、ガラスに対して 高 、濡れ性を備えて気密性の高 、封着が可能となる。

[0006] し力しながら、近時、多用される平面型の画像表示装置は、ガラス基板の周長が 3 mを越える場合もあり、従来の陰極線管等と比較して大きな面積を封着する必要があ る。陰極線管等と比較して、封着欠陥の導入要因は二桁近く増大することになり、ガ ラス基板相互の封着は非常に困難な作業となっている。

[0007] 平面型の画像表示装置は、その特徴から、外囲器の真空仕様が厳しぐ封着材の 融点よりも遥かに高い温度で熱処理がなされる場合もある。このような高温の熱処理 下では、ガラスに対する封着材の濡れ性が低下してしまい、封着材は十分な接合あ るいは封着効果を発揮できなくなる。その結果、高い真空度に維持された大型の表 示装置を製造できな 、と 、う問題が発生し始めて 、る。

発明の開示

[0008] 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、その目的は、高い真空度を維持す ることができて、信頼性の向上した画像表示装置と、この画像表示装置を製造するた めの製造方法を提供しょうとするものである。

[0009] 上記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、隙間を存して 対向配置される 2枚のガラス基板と、これらのガラス基板の所定位置を封着して 2枚 のガラス基板間に密閉空間を規定する封着部とを備え、上記封着部は、所定位置に 沿って充填される低融点金属材と、ガラス基板表面と低融点金属材との間に設けら れ、ガラスとの結合性および低融点金属材との親和性を有しているとともに、 500°C 以下の温度において、溶融する低融点金属材に対する溶解度が 10%未満の金属 粉末材およびフリットガラスで形成された複合材料層と、を具備している。

[0010] この発明の他の態様によれば、第 1基板と、この第 1基板に対向配置された第 2基 板とを有する外囲器と、この外囲器内に設けられた複数の表示素子と、を備えた画像 表示装置を製造する製造方法は、少なくとも一方の基板の内面周縁部に、低融点ガ ラス材を介して矩形枠状の側壁の一面を接合し、上記側壁の他面と、他方の基板の 前記側壁と対向する所定位置との少なくとも一方に、金属粉末材とフリットガラスとの 混合物を塗布し、側壁および他の基板を焼成して複合材料層を形成し、上記側壁の 他面と他の基板の所定位置との少なくとも一方に、低融点金属材からなる封着層を 形成し、上記側壁を挟んで第 1基板と第 2基板とを対向配置し、真空中で加熱処理し て上記封着層を溶融させ、上記封着層によって第 1基板と第 2基板とを封着する。 図面の簡単な説明 [0011] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る FEDの概略構成を示す斜視図。

[図 2]図 2は、同実施形態に係る、図 1の線 II IIに沿って破断した FEDの断面図。

[図 3]図 3は、同実施形態に係る、 FEDの封着部金属層を拡大して示す断面図。

[図 4]図 4は、本発明の他の実施形態に係る FEDの封着部を示す断面図。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下図面を参照しながら、本発明に係る平面型の画像表示装置を FEDに適用し た実施形態について詳細に説明する。

図 1および図 2に示すように、 FEDは、それぞれ矩形状のガラス板からなる第 1基板 11および第 2基板 12を備えている。これら第 1および第 2基板 11, 12は、約 1. 0〜2 . Ommの隙間をおいて対向配置され、矩形枠状のガラス力もなる側壁 13を介して基 板周縁部同士が接合され、内部が真空に維持される偏平な真空外囲器 10を構成し ている。

[0013] 接合部材として機能する側壁 13は、たとえば、フリットガラス等の低融点ガラス 30に よって、第 2基板 12の内面周縁部に接合されている。側壁 13は、後述するように、封 着材としての低融点金属材を含んだ封着部 33により、第 1基板 11の内面周縁部に 封着されている。これにより、側壁 13および封着部 33は、第 1基板 11および第 2基 板 12の周縁部同士を気密に接合し、第 1および第 2基板 11、 12間に密閉空間を規 定している。

[0014] 真空外囲器 10の内部には、第 1基板 11および第 2基板 12に加わる大気圧荷重を 支えるため、たとえばガラス力もなる複数の板状の支持部材 14が設けられている。こ れらの支持部材 14は、真空外囲器 10の短辺と平行な方向に延在しているとともに、 長辺と平行な方向に沿って所定の間隔を存して配置されている。なお、支持部材 14 の形状については特にこれに限定されるものではなぐ柱状の支持部材を用いてもよ い。

[0015] 第 1基板 11の内面には、蛍光面として機能する蛍光体スクリーン 16が形成されて いる。蛍光体スクリーン 16は、赤、緑、青に発光する複数の蛍光体層 15、およびこれ ら蛍光体層の間に形成された複数の遮光層 17を備えている。各蛍光体層 15は、スト ライプ状、ドット状あるいは矩形状に形成されている。蛍光体スクリーン 16上には、ァ ルミ-ゥム等力もなるメタルバック 18およびゲッタ膜 19が順に設けられている。

[0016] 第 2基板 12の内面上には、蛍光体スクリーン 16の蛍光体層 15を励起する電子源と して、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子 22が設けられる。さらに 詳細に述べると、第 2基板 12の内面上には導電性力ソード層 24が形成され、この導 電性カソード層 24上には多数のキヤビティ 25を有する二酸ィ匕シリコン膜 26が形成さ れている。二酸ィ匕シリコン膜 26上には、モリブデン、ニオブ等力もなるゲート電極 28 が設けられている。

[0017] 第 2基板 12の内面上において、各キヤビティ 25内には、モリブデン等からなるコー ン状の電子放出素子 22が設けられている。これらの電子放出素子 22は、画素毎に 対応して複数列および複数行に配列されている。その他、第 2基板 12上には、電子 放出素子 22に電位を供給する多数本の配線 21がマトリックス状に設けられ、その端 部は真空外囲器 10の外部に引出されている。

[0018] 上記のように構成された FEDにおいて、映像信号は電子放出素子 22とゲート電極 28に入力される。電子放出素子 22を基準とした場合、最も輝度の高い状態のときに 、ゲート電極に + 100Vのゲート電圧が印加され、蛍光体スクリーン 16には + 10kV が印加される。電子放出素子 22から放出される電子ビームの大きさは、ゲート電極 2 8の電圧によって変調される。そして、の電子ビームが蛍光体スクリーン 16の蛍光体 層を励起して発光させることにより画像を表示する。

なお、蛍光体スクリーン 16には高電圧が印加されるため、第 1基板 11、第基板 12、 側壁 13、および支持部材 14を形成するための板ガラスとして、全て高歪点ガラスが 使用されている。

[0019] 次に、第 1基板 11と側壁 13との間を封着する封着部 33について詳細に説明する。 図 2に示すように、封着部 33は、第 1基板 11の所定位置である、基板の内面周縁 部に沿って矩形枠状に形成された金属層 31aと、側壁 13における第 1基板側端面に 沿って矩形枠状に形成された金属層 3 lbと、これらの金属層 31a、 31b間に介在し 低融点金属材から形成される封着層 32と、を有している。

[0020] 金属層 31a、 31bの各々は、図 3に示すように、金属粉末 34およびフリットガラス 35 によって形成された複合材料層である。金属粉末 34は、ガラスに対して結合性を有 し低融点金属材に対して親和性を有し、かつ、 500°C以下の温度において、溶融す る封着層 32に対する溶解度が 10%未満となっている。

[0021] 本発明者らは、ガラスと金属との接合に関わるメカニズムについて研究を重ね、そ の 1つとして、封着材に用いられてきたインジウム (In)のガラスに対する濡れの現象 を系統的に観察した。その結果、溶融した Inは、ガラスと濡れる能力を有する力 表 面張力が大きいためにガラス面上を濡れ広がることはできずに、半球状になろうとす ることが判明した。このため、長い距離を Inで封着することは困難であり、 Inを一定の 場所に固着させ、かつ表面張力を相対的に和らげる物質をガラスと Inとの間に設け ることが重要である、との結論が得られた。

[0022] そこで、ガラス表面に金属層を形成することを思い至り、形成方法について実験を 重ねた。結果として、上記物質として金属であれば相対的に Inの表面張力を下げら れるが、形態が膜の場合には、多くの物質は Inが凝固する際にガラス面力 剥離し てしまう。さらに、 500°C未満の低温においても、金属層が Inに対してある程度の溶 解度を有していると、時間の経過とともにガラス面力 消失してしまい、効力が無くな ることが判明した。

[0023] これらの現象から、金属層としてガラス内部に一部が埋め込まれた形態をなし、材 料は Inに対する溶解度が低いものを選定することにより、上記二つの問題を解決で きることを見出した。また、この条件を満たす材料であれば、 Inに限らず低融点の金 属あるいは合金でも高い真空封着能力を得られることが分力ゝつた。

[0024] ガラス内部に金属の一部が埋め込まれた状態を形成する手法としては、低融点ガ ラスの粉末と金属材粉末とを適量混合し、塗布、印刷等により、これらの混合体から なる複合材料層を形成した後、低融点ガラスの融点以上に複合材料層を加熱するこ とで達成できる。低融点金属に対する溶解度の低い材料としては、 Fe, Si, Al, Mn , W, Mo, Nb, Ni, Cu, Ti, Taの 1つを含む金属単体あるいは、これらを主成分と する合金あるいは、混合体を用いることができる。

[0025] 上記低融点金属材あるいは合金としては、 In, Ga, Sn, B 選択される少なくと も 1種類、あるいはこれらに Ag, Cu, Alなどの金属を含むものが有用である。 [0026] 図 4は、本発明の他の実施形態に係る FEDの一部を示す断面図である。

前述した実施形態と同様に、それぞれ矩形状のガラス板で形成された第 1基板 11 および第 2基板 12が所定の隙間を存して対向配置されている。これら第 1、第 2基板 11, 12の周縁部同士が断面円形状の金属ワイヤ力もなる側壁 36を介して封着され 、内部が真空状態に維持された偏平な矩形状の真空外囲器 10Aを構成して ヽる。 真空外囲器 10Aの内部構造は先に説明した真空外囲器 10と同一であるので、ここ では新たな説明を省略する。

接合部材として機能する側壁 36は、封着材としての低融点金属材を含んだ封着層 32により、第 1基板 11の内周縁部および第 2基板 12の内面周縁部に封着されてい る。これにより、側壁 36および封着層 32は、第 1基板 11および第 2基板 12の周縁部 同士を気密に接合し、第 1、第 2基板相互間に密閉空間を規定している。第 1基板 11 と側壁 36との間、および第 2基板 12と側壁 36との間は、各基板の封着面上に形成さ れた金属層 3 la, 3 lbによって封着されている。

さらに、第 1および第 2基板 11、 12の周縁部同士を封着した封着部 40について詳 細に説明する。この封着部 40は、側壁 36と、第 1基板 11の所定位置である、第 1基 板の内面周縁部に沿って矩形枠状に形成された金属層 31aと、第 2基板 12の所定 位置である、第 2基板の内面周縁部に沿って矩形枠状に形成された金属層 31bおよ び、これらの金属層 31a、 3 lbと側壁 36との間に位置した低融点金属材の封着層 32 とを有している。

金属層 31a、 31bのそれぞれは、図 3で示した金属層と同様に、金属粉末 34および フリットガラス 35によって形成された複合材料層である。金属粉末 34は、ガラスに対 して結合性を有し低融点金属材に対して親和性を有し、かつ、 500°C以下の温度に ぉ ヽて、溶融する封着層 32に対する溶解度が 10%未満となって ヽる。

[0027] 以下、 FEDの構成について、実施例を用いて詳細に説明する。

(実施例 1)

FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板力もなる第 1および 第 2基板 11、 12を用意し、一方の基板、たとえば第 2基板 12の内面周縁部に、矩形 枠状のガラス力もなる側壁 13をフリットガラスにより接合した。 [0028] つぎに、 Fe 6%Si粉末と、フリットガラス粉末を重量比 5： 5で混合した複合材料に 、粘性を持たせるためバインダーを混ぜてなるペーストを用意し、このペーストを、スク リーン印刷装置により、側壁 13の上面と、第 1基板 11の内面周縁部である側壁と対 向する所定位置に、それぞれ幅 10mm、厚さ 25 μ mで印刷し、金属層 31a、 31bを 形成した。そして、第 1基板 11および側壁 13を大気炉で所定の条件で焼成した。

[0029] ついで、超音波半田ごてにより、金属層 31aおよび金属層 31bの上に Inを幅 4mm 、厚さ 0. 2mmに塗布し、封着層 32を形成した。 2枚の基板 11、 12を 100mmの隙 間を空けて対向配置した状態で、基板を 5 X 10^_6Paの真空中で加熱処理し、 Inおよ び金属層 31a、 31bを溶融した。その後、冷却の過程で金属層 31a、 31bの位置が 合うように 2枚の基板 11、 12を密着させ、 Inが両方の面に連続となるようにした。この 状態で第 1および第 2基板 11、 12を冷却して金属層と Inとの合金を凝固させることに より、側壁 13と第 1基板 11とを封着した。

[0030] 予め封着部 33に設けておいた測定用の孔を介して真空封着特性を評価したところ 、 l X 10^_9atm'cc/sec以下のリーク量を示し、十分な封着効果を発揮していること が分力つた。これらの結果と外見のいずれからも、金属の封着に起因する亀裂が第 1 、第 2基板 11, 12内に発生していないことが明ら力となった。

[0031] (実施例 2)

FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板力もなる第 1および 第 2基板 11、 12を用意した。続いて、所定の基板の対向する所定の部位である、た とえば第 2基板 12における内面周縁部の所定位置に、メタルマスクを用いて、 Si粉 末とフリットガラスの粉末とを重量比⁴： 6に混合した複合材料に、粘性を持たせるため バインダーを混ぜてなるペーストを幅 10mm、厚さ 25 μ mでパターン形成した。これ により、金属層 31a、 31bを形成した。

[0032] 第 1基板 11および第 2基板 12を大気炉で所定の条件で焼成し、そのあと、各金属 層 31a、 31bの上に 53%Bi— Sn合金を超音波半田ごてにより、幅 4mm、厚さ 0. 2m mに塗布し封着層を形成した。ついで、一方の基板の封着層上に、 Agメツキの施さ れた Fe 37%Ni合金の金属ワイヤ（直径 1. 5mm)からなる側壁 36を設置した。

[0033] 2枚の基板 11、 12を 100mmの隙間を置いて対向配置した状態で、 5 X 10^_6Paの 真空中で加熱脱気処理し、金属層 31a、 31b、および封着層を溶融させた。そのあと 、冷却過程で 200°Cに至った際、 2枚の基板 11、 12を所定の位置で貼り合わせた。 溶融している 53Bi— Sn合金は Fe— 37%Ni合金ワイヤである側壁 36に対して親和 性が良いため、この側壁に沿って濡れ広がり、隙間のない状態になった。この状態で 封着層および金属層を凝固させ、 2枚の基板 11、 12を封着した。このようにして構成 された FEDについて、実施例 1と同様の真空リーク試験を実施したところ、同様の結 果を得た。

[0034] (実施例 3)

FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板力もなる第 1および 第 2基板 11、 12を用意した。続いて、所定の基板の対向する所定の場所、ここでは、 各基板の内面周縁部所定の位置に、メタルマスクを用いて Mo粉末とフリットガラスの 粉末とを重量比 5： 5に混合した複合材料に、粘性を持たせるためバインダーを混ぜ てなるペーストを、幅 10mm、厚さ 25 mでパターン形成し、金属層を形成した。

[0035] 第 1基板 11および第 2基板 12を大気炉で所定の条件で焼成したあと、各金属層の 上に 57%Bi— Sn合金を超音波半田ごてにより、幅 4mmで厚さ 0. 2mmの封着層を 形成した。つぎに、一方の基板の封着層上に、側壁 36として Agメツキの施された Ti のワイヤ（直径 1. 5mm) 36を設置した。

[0036] 2枚の基板 11、 12を 100mmの隙間を置いて対向配置した状態で、 5xlO^_6Paの 真空中で加熱脱気処理し、封着層を溶融させた。ついで、冷却過程で 200°Cに至つ た際、 2枚の基板を所定の位置で貼り合わせた。溶融している 57%Bi— Sn合金は、 Tiワイヤである側壁 36に対して親和性が良 、ため、側壁に沿って濡れ広がり隙間の ない状態になった。この状態で封着層を凝固させ、 2枚の基板を封着した。この FED について、実施例 1と同様の真空リーク試験を実施したところ同様の結果を得た。

[0037] なお、複合材料層を構成する金属層 31a、 31bの金属粉末とフリットガラスとの割合 は、重量比で、 95 : 5〜5： 95の範囲で許容される。ここで用いられる金属粉末の粒径 は、 0. 5 m〜50 μ mの範囲で許容される。

[0038] 以上のように、上述した実施形態および各実施例によれば、高真空を必要とする大 型のガラス製容器を高い気密性をもって封着することが可能となる。これにより、高い 真空度を維持することができ、信頼性の向上した平面型の画像表示装置を得ること ができる。

[0039] なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階では その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。また、上記実施の 形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形 成できる。たとえば、実施の形態に示される全構成要素カゝら幾つかの構成要素を削 除してもよい。さら〖こ、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい

[0040] 本発明にお 、て、スぺーサ、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施の 形態に限定されることなぐ必要に応じて適宜選択可能である。そして、本発明は、電 子源として電界放出型電子放出素子を用いたものに限らず、表面伝導型、カーボン ナノチューブ等の他の電子源を用いた画像表示装置、および内部が真空に維持さ れた他の平面型画像表示装置にも適用可能である。

産業上の利用可能性

[0041] 本発明によれば、高い真空度を維持することができ、信頼性の向上した画像表示 装置および画像表示装置の製造方法を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 隙間を存して対向配置された 2枚の基板と、これらの基板の所定位置を封着して、 2枚の基板間に密閉空間を規定した封着部と、を備え、

上記封着部は、上記所定位置に沿って充填された低融点金属材と、上記基板表 面と上記低融点金属材との間に設けられ、ガラスとの結合性および上記低融点金属 材との親和性を有し、かつ、 500°C以下の温度において、溶融する上記低融点金属 材に対する溶解度が 10%未満の金属粉末材、およびフリットガラスで形成された複 合材料層と、

を具備した画像表示装置。

[2] 上記金属粉末材は、少なくとも Fe, Si, Al, Mn, W, Mo, Nb, Ni, Cu, Ti, Taの

1つを含む金属単体あるいは、これらを主成分とする合金あるいは、混合体で形成さ れて 、る請求項 1に記載の画像表示装置。

[3] 上記低融点金属材は、少なくとも In, Ga, Sn, Biの一つを含む金属単体あるいは

、これらを主成分とする合金で形成されて！ヽる請求項 1に記載の画像表示装置。

[4] 一方の上記基板の内面に形成された蛍光体層と、他方の基板の内面上に設けら れ、上記蛍光体層を励起する複数の電子源と、を備えている請求項 1ないし請求項 3 の!、ずれか 1項に記載の画像表示装置。

[5] 第 1基板と、この第 1基板に対向配置された第 2基板とを有する外囲器と、この外囲 器内に設けられた複数の表示素子と、を備えた画像表示装置を製造する製造方法 において、

少なくとも一方の基板の内面周縁部に、低融点ガラス材を介して矩形枠状の側壁 の一面を接合し、

上記側壁の他面と、他方の基板の前記側壁と対向する所定位置との少なくとも一 方に、金属粉末材とフリットガラスとの混合物を塗布し、側壁および他の基板を焼成し て複合材料層を形成し、

上記側壁の他面と他の基板の所定位置との少なくとも一方に、低融点金属材から なる封着層を形成し、

上記側壁を挟んで第 1基板と第 2基板とを対向配置し、真空中で加熱処理して上 記封着層を溶融させ、上記封着層によって第 1基板と第 2基板とを封着する 画像表示装置の製造方法。

第 1基板と、この第 1基板に対向配置された第 2基板とを有する外囲器と、この外囲 器内に設けられた複数の表示素子と、を備えた画像表示装置を製造する製造方法 において、

第 1基板および第 2基板の内面周縁部に、金属粉末材とフリットガラスとの混合物を 塗布し、

上記第 1および第 2基板を焼成し前記混合物を溶融させて金属層を形成し、 上記第 1基板および第 2基板に形成された金属層のうえに、低融点金属材カ なる 封着層を形成し、

いずれか一方の基板の封着層上に、ワイヤ力もなる側壁を設置し、

上記側壁を挟んで第 1基板と第 2基板とを対向配置し、真空中で加熱処理して上 記封着層を溶融させ、上記封着層によって第 1基板と第 2基板とを封着する 画像表示装置の製造方法。