WO2006064880A1 - シール材、シール材を用いた画像表示装置、画像表示装置の製造方法、およびこの製造方法により製造された画像表示装置 - Google Patents

シール材、シール材を用いた画像表示装置、画像表示装置の製造方法、およびこの製造方法により製造された画像表示装置 Download PDF

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display device
image display
substrate
sealing material
sealing
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PCT/JP2005/023059
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Akiyoshi Yamada
Hiromitsu Takeda
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Kabushiki Kaisha Toshiba
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
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    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J9/26—Sealing together parts of vessels
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J2209/00—Apparatus and processes for manufacture of discharge tubes
    • H01J2209/26—Sealing parts of the vessel to provide a vacuum enclosure
    • H01J2209/264—Materials for sealing vessels, e.g. frit glass compounds, resins or structures

Definitions

  • Seal material image display device using seal material
  • method of manufacturing image display device method of manufacturing image display device, and image display device manufactured by this manufacturing method
  • the present invention relates to a sealing material used for a vacuum seal portion that maintains a high vacuum space sandwiched between two substrates constituting an image display device, a flat plate type image display device using the same, and an image display device
  • the present invention relates to an image display device manufacturing method and an image display device manufactured by the manufacturing method.
  • self-luminous flat displays which are becoming the mainstream of displays, basically include two glass substrates arranged opposite to each other, on one glass substrate, a circuit for forming an image and electron emission or A plasma forming element is incorporated, and a phosphor facing the element is formed on the other glass substrate.
  • the two glass substrates are placed facing each other with an appropriate space so that the element can work effectively. This space is required to have a high degree of vacuum in an electron beam excitation display. Therefore, the two glass substrates must maintain a proper space and have a structure that can withstand high temperatures and vacuums.
  • a frame made of the same glass material as the glass substrate is prepared. Then, this frame body is bonded with a glass-based adhesive along the entire circumference of one glass substrate, and the other glass substrate and the frame body have low wettability with glass such as indium or indium alloy.
  • a melting point metal is used to achieve adhesion and vacuum sealing. When these low melting point metals are heated to their melting point or higher and melted, they exhibit high wettability to the glass and can be processed at a low temperature without causing distortion in the glass. Highly airtight and highly reliable sealing is possible.
  • the method of obtaining a vacuum seal structure by using a low melting point metal such as indium or an indium alloy as a seal material is originally intended for sealing with a small area.
  • Large image display devices require a very large and long area to be sealed. It is difficult to obtain a highly reliable vacuum seal structure by simple application of the conventional technology.
  • indium including indium alloy
  • indium alloy has already been consumed in large quantities as a transparent electrode film
  • further use of indium as a sealing material must be suppressed from the viewpoint of the environment.
  • the properties required for materials that replace indium are rich in resources as the first definition. In addition, it must have a low melting point close to 157 ° C, the melting point of indium, and a low vapor pressure that does not volatilize in the baking of panel glass, which is a process for obtaining a high vacuum. From this point of view, selecting a metal element naturally makes Sn a candidate. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-77370 and Japanese Patent Application No. 2004-149354, Sn alloy is used as a sealing material for two glass panels. The concept of use is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-77370 is limited to the Sn_Bi alloy, and the use of Bi having a high vapor pressure requires the sealing material to obtain a high vacuum. It does n’t match the performance.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-149354 discloses a configuration in which the inner air is excluded from a predetermined position and the pressure is reduced after soldering the periphery of two glasses with Sn alloy. In such a configuration, it is theoretically impossible to go through a baking process for obtaining a high vacuum. That is, the Sn alloy disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • 2004-149354 has a melting point in the vicinity of at least 232 ° C, which is the melting point of Sn. Therefore, when heated to a temperature of 300 ° C or higher necessary for the baking process, It becomes. The molten Sn alloy is sucked into the seal due to the pressure difference from the atmosphere and loses its sealing performance.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to maintain a high degree of vacuum and to improve the reliability, and to provide an image display device and an image display device using the same. And an image display device manufactured by the manufacturing method.
  • the sheet material for the vacuum seal portion of the image display device is made up of f, Sn, a certain, f, Sn, Pb, In, Bi, Zn, Ag, Au, Cu fusion (at least one active metal is contained in the base metal containing at least one lowering element).
  • the sealing material used for the vacuum seal portion of the image display device according to another aspect of the present invention is Sn or an alloy containing at least one melting point lowering element in Sn or Sn oxide generation standard free energy It contains at least one of the metals with lower standard free energy for oxide formation.
  • An image display device seals two substrates disposed opposite each other with a gap therebetween, and defines a sealed space between the two substrates by sealing a predetermined position of the substrate.
  • a vacuum seal portion, and the vacuum seal portion is filled along the predetermined position, and Sn, a certain layer, contains at least a melting point lowering element of Pb, In, Bi, Zn, Ag, Au, Cu in Sn.
  • One type of base metal has a sealing material containing at least one type of active metal, and an active metal oxide is formed at the interface between the sealing material and the substrate.
  • An image display device includes two glass substrates disposed to face each other with a gap therebetween, and a sealed space between the two glass substrates by sealing a predetermined position of the glass substrate.
  • a vacuum seal portion that defines the following: a sealing layer containing an active metal in Sn and filled along the predetermined position, and an interface between the sealing layer and the glass substrate And a diffusion layer formed by diffusing the components of the sealing layer on the glass substrate side.
  • An image display device includes two glass substrates disposed to face each other with a gap therebetween, and a sealed space between the two glass substrates by sealing a predetermined position of the glass substrate.
  • An image display device comprising: a sealing layer that includes at least one metal selected from Ag, Au, and Cu in Sn.
  • a method of manufacturing an image display device provides two substrates that are arranged to face each other with a gap between them, and seals a predetermined position of the substrate to define a sealed space between the two substrates.
  • a manufacturing method of an image display device comprising a vacuum seal portion
  • the sealing portion is formed by filling along a predetermined position of the substrate while applying sound waves.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an SED according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the SED broken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an interface portion between a sealing layer and a glass substrate.
  • FIG. 4 is a view showing the active metal content in the interface portion.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an FED according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the FED broken along the line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the FED substrate in the manufacturing process.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of removing an oxide of the sealing material in the method for manufacturing an image display device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of removing an oxide of a sealing material in a modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of removing an oxide of a sealing material in another example of the fourth embodiment of the present invention.
  • the SED includes a first substrate 11 and a second substrate 12 each made of a rectangular glass substrate, and these substrates have a gap of about 1.0 to 2. Omm. It is arranged correspondingly.
  • the side wall 13 functioning as a bonding member is sealed to the inner peripheral edge portion of the second substrate 12 by, for example, a low melting point glass 23 such as frit glass.
  • a low melting point glass 23 such as frit glass.
  • the side wall 13 is sealed to the inner peripheral edge of the first substrate 11 by a vacuum seal portion 31 containing a low melting point metal as a seal material.
  • the side wall 13 and the vacuum seal portion 31 hermetically join the peripheral portions of the first substrate 11 and the second substrate 12 and define a sealed space between the first and second substrates.
  • a plurality of plate-like support members 14 made of glass, for example, are provided to support an atmospheric pressure load applied to the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • These support members 14 extend in a direction parallel to the long side of the vacuum envelope 10 and are arranged at a predetermined interval along a direction parallel to the short side.
  • the shape of the support member 14 is not particularly limited to this, and a columnar support member may be used.
  • a phosphor screen 15 that functions as a phosphor screen is formed on the inner surface of the first substrate 11.
  • the phosphor screen 15 includes a plurality of phosphor layers 16 that emit red, green, and blue light, and a plurality of light shielding layers 17 formed between the phosphor layers.
  • Each phosphor layer 16 is formed in a stripe shape, a dot shape, or a rectangular shape.
  • a metal back 20 and a getter film 19 made of aluminum or the like are sequentially formed.
  • an electron source for exciting the phosphor layer 16 of the phosphor screen 15 and A large number of surface-conduction electron-emitting devices 18 each emitting an electron beam are provided. These electron-emitting devices 18 are arranged in a plurality of columns and a plurality of rows, and form a pixel together with the corresponding phosphor layer 16. Each electron-emitting device 18 includes an electron-emitting unit (not shown) and a pair of device electrodes for applying a voltage to the electron-emitting unit.
  • a large number of wirings 21 for supplying a potential to the electron-emitting device 18 are provided in a matrix shape, and ends thereof are drawn out of the vacuum envelope 10.
  • an anode voltage of 8 kV is applied to the phosphor screen 15 and the metal back 20, and the electron beam emitted from the electron emitter 18 is anode It is accelerated by voltage and collides with the phosphor screen. As a result, the phosphor layer 16 of the phosphor screen 15 is excited to emit light, and a color image is displayed. Since a high voltage is applied to the phosphor screen 15, high strain point glass is used for the plate glass for the first substrate 11, the second substrate 12, the side wall 13, and the support member 14.
  • the vacuum seal portion 31 is located at a predetermined position of the first substrate 11, that is, along a rectangular frame position along the inner peripheral edge of the first substrate and along the end surface of the side wall 13 on the first substrate side.
  • a sealing layer formed of a sealing material 32 is provided at a rectangular frame-like position.
  • the inventors of the present application set characteristics to be possessed as a sealing material used for the vacuum seal portion 31, and conducted various experiments in order to discover materials that satisfy the conditions.
  • a sealing material Sn, or an alloy containing at least one melting point lowering element of Pb, In, Bi, Zn, Ag, Au, Cu in Ti, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Y.
  • active metals such as Ce and Mn
  • alloys containing active metals such as Ti, Zr, Hf, V, Ta, Y, Ce, and Mn have been used for bonding inorganic compounds such as oxides, nitrides, and carbides to metals. It was. This utilizes the fact that active metals react with inorganic compounds such as oxides, nitrides and carbides at high temperatures, and the reaction is defined by temperature and time. Standard brazing conditions are 800 ° C x 30 minutes. Conversion The rate of academic reaction increases exponentially with increasing temperature. This means that the reaction does not proceed with a slight decrease in temperature. Therefore, it could not be applied to bonding where the reaction does not proceed at low temperatures below 500 ° C.
  • the solubility of the active metal in Sn or the Sn alloy is almost negligible, and the liquidus of the alloy rises rapidly due to the addition of the active metal. Since the effect of the active metal appears from about lOOppm, in order to obtain the effect of the active metal without increasing the temperature of the liquidus, the amount of active metal added is the liquidus force of the alloy constituted by the addition 50 ° C Less than the amount below and above 0.001% by weight is more desirable, more preferably less than 0.5% and above 0.01% by weight. However, if other conditions allow, an amount exceeding the liquidus of 450 ° C may be added. In the Sn alloy, the total amount of Sn is 50% by weight or more. However, the addition of an active metal in an amount exceeding the liquidus force 3 ⁇ 450 ° C does not hinder the function of the present invention.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm, among which:!,
  • a rectangular frame-shaped side wall 13 made of glass was joined with frit glass.
  • an ultrasonic wave is applied to the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13, with 0.3 wt% as the sealing material 32 and the remaining Sn alloy.
  • a coated sealing layer was formed using a heating iron. At this time, the iron and the glass surface were placed in a nitrogen atmosphere. The sealing material was filled in the state.
  • a gap of 20 mm was formed between the first substrate 11 and the second substrate 12, and heat treatment was performed in a vacuum of 5xlO — 6 Pa. After that, when the temperature reaches 240 ° C during the cooling process, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the position of the sealing material is aligned, and the Ti-Sn alloy is continuously connected to both surfaces. It was made to become. By cooling in this state to solidify the Sn alloy, a vacuum seal portion 31 was formed, and the side wall 13 and the first substrate 11 were hermetically sealed.
  • the white portion corresponds to the sealing material
  • the black portion corresponds to the glass substrate.
  • the state near the interface between the sheet material 32 and the glass substrate was analyzed by EDX.
  • the analysis location is at the position of 1 or 5
  • 1 is the glass barrier (distance from the interface 140 nm)
  • 2 is the position near the interface on the glass substrate side (distance 3 nm from the interface)
  • 3 is the interface
  • 4 and 5 are The position near the interface of the sealing layer (distance from the interface +2 nm, +7 nm)
  • 6 corresponds to the sealing layer Balta (distance from the interface +140 nm).
  • Ti which is an active metal
  • the ratio of segregated material was found to be 2-30 w%.
  • the thickness of the segregated portion was 1 nm to 500 nm.
  • the thickness of the diffusion layer 35 in which the active metal is diffused is In m to 500 nm.
  • the active metal content in the sealing layer was less than 3 wt%.
  • a complex oxide composed of Si, Ti, and O was observed near the interface between the sealing metal and the glass plate.
  • the SED To construct the SED, prepare the first substrate 11 and the second substrate made of glass plates of 65cm length and 110cm width, respectively.
  • the side wall 13 having a rectangular frame shape was joined with frit glass.
  • This alloy was coated with a heating iron with an ultrasonic wave to form a sealing layer. At this time, the glass was previously heated to 150 ° C.
  • a space of 20 mm was formed between the first substrate 11 and the second substrate 12, and heat treatment was performed in a vacuum of 5xlO — 6 Pa. After that, when the temperature reaches 230 ° C during the cooling process, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the seal material is aligned, and the Ti-Sn alloy is continuously connected to both surfaces. It was made to become. By cooling in this state and solidifying the Sn alloy, a vacuum seal portion 31 was formed, and the side wall 13 and the first substrate were hermetically sealed.
  • First substrate 1 consisting of glass plates 65cm long and 110cm wide to form SED 1
  • a first substrate 12 and a second substrate 12 were prepared.
  • an insulating layer made of an inorganic compound was formed on the surface of one of the first substrate 11 and the second substrate 12.
  • the filling surface is an insulating paste that is not made of raw glass.
  • an alloy of 0.2 wt% 2 30 wt% 8 balance Sn as a sheath material 32 is applied to a predetermined place facing the glass substrate, here, the inner peripheral edge of the glass substrate using an ultrasonically applied heating iron.
  • a smeared sealing layer was formed.
  • an Fe-37 wt% Ni alloy wire (diameter 1.5 mm) with Ag plating was placed in a frame shape as a spacer on the sealing layer of one glass substrate.
  • first substrate 11 and second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass. Next, 0.2% by weight 1 and 35% by weight 8 of the remaining material 32 are placed on the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13.
  • a Sn alloy layer was formed by applying an Sn alloy using a heating iron with ultrasonic waves. At this time, the area where the glass and the iron hit the Ar atmosphere It was placed inside to reduce the oxidation of the Ti Bi—Sn alloy.
  • a space of 20 mm was formed between the first substrate 11 and the second substrate 12, and heat treatment was performed in a vacuum of 5xlO — 6 Pa. After that, when the temperature reaches 200 ° C during the cooling process, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the position of the sealing material is aligned, and the Ti_Bi_Sn alloy becomes continuous on both surfaces. I did it. By cooling in this state and solidifying the alloy, a vacuum seal portion 31 was formed, and the side wall 13 and the first substrate were hermetically sealed.
  • first substrate 11 and second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass. Next, Ag powder and frit glass powder are mixed at a weight ratio of 5: 5 by a screen printing device at the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13. A paste made by mixing the mixed composite material with a binder to give viscosity was printed at a width of 10 mm and a thickness of 10 ⁇ m. Then, the first substrate 11 and the side wall 13 were fired in an atmospheric furnace under predetermined conditions. Using a heating iron with an ultrasonic wave, the alloy of 0.4 wt% Ding 1 as the sealing material 32 and the remaining Sn A smeared sealing layer was formed.
  • first substrate 11 and the second substrate 12 20 mm was opened, and heat treatment was performed in a vacuum of 5xlO — 6 Pa. After that, when the temperature reaches 200 ° C during the cooling process, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the position with the sealing material is aligned, and the Ti_Sn alloy is continuously connected to both surfaces. It was made to become. By cooling in this state and solidifying the alloy, the vacuum seal portion 31 was formed, and the side wall 13 and the first substrate were hermetically sealed.
  • the surface of the glass substrate may be contaminated during the manufacturing process.
  • a base layer is formed on the glass substrate in order to securely hold the molten sealing material during the vacuum heating on the glass substrate, and the top of the metal base layer is formed.
  • a mixed layer of the sealing material and the metal underlayer can be formed, and the wettability of the sealing material can be further improved.
  • the underlayer glass paste, metal paste, or metal thin film is suitable, and the metal material at that time preferably contains at least one of Ag, Ni, Fe, Cu, and Al.
  • the SED has the same basic configuration as the SED according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and only the configuration of the vacuum seal portion 31 is different. Therefore, description of the basic configuration is omitted, and only the configuration of the vacuum seal portion 31 will be described in detail.
  • the vacuum seal portion 31 is provided on the first substrate 11. Sealing formed by a sealing material 32 between a predetermined position, that is, a rectangular frame-shaped position along the inner peripheral edge of the first substrate and a rectangular frame-shaped position along the end surface of the side wall 13 on the first substrate side. Has a layer.
  • the inventors of the present application set characteristics to be possessed as a sealing material used for the vacuum seal portion 31, and conducted various experiments to find a material that satisfies the conditions.
  • Sn or an alloy containing at least one element having a melting point lower than Sn for example, Ag, Au, Cu
  • a sealing material containing at least one kind Metals with standard free energy for oxide formation lower than the standard free energy for oxide formation of Sn, for example, when Cr is added, Cr is oxidized before Sn in an atmosphere where Sn is oxidized, and the sealing material A Cr oxide film is formed on the surface. This suppresses the formation of SnO, a robust oxide. For this reason, the later substrate
  • the Cr oxide film breaks easily, and a continuum of sealing material necessary for vacuum sealing can be obtained.
  • Al, Si, etc. can be used in addition to Cr, and the addition amount is 0.001 to 2 wt. % Is desirable. Even if the amount is small, an oxide film of the additive element is formed on the surface of the sealing material. If the amount added is too large, the melting point of the sealing material will rise, exceeding the operating temperature range in the FED manufacturing process. In this case, sealing becomes difficult and the sealing performance is lowered.
  • first substrate 11 and second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass. Next, an alloy of 1% by weight remainder Sn was applied as a seal material to the upper surface of the side wall 13 and the peripheral edge of the inner surface of the first substrate 11, that is, a predetermined position facing the side wall 13. At this time, the ultrasonic application heating core The tape was applied while applying ultrasonic waves to the sealing material.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 opposed to spaced gap 100 mm was heat treated in a vacuum of 5x10- 6 Pa. After that, when the temperature reaches a temperature equal to or higher than the melting point of the sealing material in the cooling process, for example, 240 ° C, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the sealing material is aligned. It was made to be continuous on both sides. By cooling in this state and solidifying the sealing material, a vacuum seal portion 31 was formed, and the side wall 13 and the first substrate 11 were hermetically sealed.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 9 atm 'cc / sec, sufficient sealing effect It was found that In addition, it was clarified that the cracks in the glass substrate due to the sealing using the metal sheet material did not occur in both the measurement results and the appearance.
  • a first substrate 11 and a second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, and one of them, for example, the glass on the inner peripheral edge of the second substrate, is prepared.
  • a side wall 13 having a rectangular frame shape made of frit glass was joined. Then, the upper surface of the side wall 13, and inner surface peripheral edge portion of the first substrate 11, i.e., at a predetermined position facing the side wall 13, 0.5 wt% & ⁇ 3 wt% eight ⁇ as shea Lumpur material, the balance The Sn alloy was applied while applying ultrasonic waves to the sealing material using an ultrasonically applied heating iron. At this time, the substrate and the side wall were heated to 200 ° C.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 opposed to spaced gap 100 mm was heated at a true air of 5x10- 6 Pa. After that, when the temperature reaches a temperature equal to or higher than the melting point of the sealing material in the cooling process, for example, 250 ° C, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the position of the sealing material is aligned. Was continuous on both sides. In this state, the substrate and the side wall were cooled to solidify the sealing material, thereby forming the vacuum seal portion 31 and hermetically sealing the side wall 13 and the first substrate 11.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 9 atm 'cc / sec, sufficient sealing effect It was found that In addition, both the measurement results and the apparent force revealed that no cracks occurred in the glass substrate due to sealing using a metal sheet material.
  • first substrate 11 and second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass. Next, Ag: 70, low-melting glass: 25, polymer binder and viscosity adjusting agent in a weight ratio at the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, a predetermined position facing the side wall 13 Mixture of: A paste consisting of 5 was screen-printed and then fired under predetermined conditions to form a base. Thereafter, an alloy of 1% by weight ⁇ balance Sn was applied as a seal material on the base. At this time, a heating iron with an ultrasonic wave was applied and applied while applying ultrasonic waves to the sealing material.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 opposed spaced gap 100 mm was heat treated in a vacuum of 5x10- 6 Pa. After that, when the temperature reaches a temperature equal to or higher than the melting point of the sealing material in the cooling process, for example, 240 ° C, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other so that the position of the sealing material is aligned. Was continuous on both sides.
  • a vacuum seal portion 31 was formed, and the side wall 13 and the first substrate 11 were hermetically sealed.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 9 atm 'cc / sec, sufficient sealing effect It was found that In addition, it was clarified that the cracks in the glass substrate due to the sealing using the metal sheet material did not occur in both the measurement results and the appearance.
  • the FED includes a first substrate 11 and a second substrate 12 each made of a rectangular glass substrate, and these substrates have a gap of about 1.0 to 2. Omm. It is arranged in the opposite direction.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 constitute a flat vacuum envelope 10 whose peripheral portions are joined to each other through a rectangular frame-shaped side wall 13 made of glass and the inside is maintained in a vacuum. .
  • the side wall 13 functioning as a bonding member is sealed to the inner peripheral edge portion of the second substrate 12 by, for example, a low melting point glass 23 such as frit glass. As will be described later, the side wall 13 is sealed to the inner peripheral edge portion of the first substrate 11 by a vacuum seal portion containing a low melting point metal as a sheet material. Thus, the side wall 13 and the vacuum seal part hermetically bond the peripheral parts of the first substrate 11 and the second substrate 12 to define a sealed space between the first and second substrates.
  • a low melting point glass 23 such as frit glass.
  • the shape of the support member 14 is not particularly limited to this, and a columnar support member may be used.
  • a phosphor screen 15 that functions as a phosphor screen is formed on the inner surface of the first substrate 11.
  • the phosphor screen 15 includes a plurality of phosphor layers 16 that emit red, green, and blue light, and a plurality of light shielding layers 17 formed between the phosphor layers.
  • Each phosphor layer 16 is formed in a stripe shape, a dot shape, or a rectangular shape.
  • a metal back 20 and a getter film 19 made of aluminum or the like are sequentially formed.
  • a large number of electron-emitting devices 22 that emit electron beams are provided as electron sources that excite the phosphor layer 16 of the phosphor screen 15. More specifically, a conductive force sword layer 24 is formed on the inner surface of the second substrate 12, and a silicon dioxide film 26 having a large number of cavities 25 is formed on the conductive cathode layer. Yes. On the silicon dioxide film 26, a gate electrode 28 made of molybdenum, niobium or the like is formed. Then, in each cavity 25 on the inner surface of the second substrate 12, the molybdenum A cone-shaped electron-emitting device 22 made of den or the like is provided.
  • These electron-emitting devices 22 are arranged in a plurality of columns and a plurality of rows corresponding to each pixel.
  • a large number of wirings 21 for supplying a potential to the electron-emitting devices 22 are provided in a matrix shape, and the end portions are drawn out of the vacuum envelope 10.
  • the video signal is input to the electron-emitting device 22 and the gate electrode 28.
  • a gate voltage of +100 V is applied when the luminance is highest.
  • +10 kV is applied to the phosphor screen 15.
  • the magnitude of the electron beam emitted from the electron-emitting device 22 is modulated by the voltage of the gate electrode 28, and this electron beam excites the phosphor layer of the phosphor screen 15 to emit light, thereby displaying an image.
  • a high voltage is applied to the phosphor screen 15, high strain point glass is used for the glass plate for the first substrate 11, the second substrate 12, the side wall 13, and the support member 14. .
  • the vacuum seal portion 31 is located along a predetermined position of the first substrate 11, that is, a rectangular frame position along the inner peripheral edge of the first substrate and an end surface of the side wall 13 on the first substrate side.
  • a sealing layer formed of a sealing material 32 is provided between the rectangular frame-like position.
  • the inventors of the present application set characteristics to be possessed as a sealing material used for the vacuum seal portion, and conducted various experiments to find a material that satisfies the condition. As a result, it was found that desired conditions can be satisfied by using a sealing material containing at least one kind of metal from Sn, Ag, Au and Cu. When Sn, Ag, Au, or Cu is added with at least one kind of metal, a strong oxide SnO is generated on the surface of the sealing material 32, that is, the surface of the sealing layer. Can be suppressed. For this reason, subsequent substrate stacking
  • the oxide film formed on the surface of the sealing material 32 can be easily broken to obtain a continuous material of the sealing material necessary for the vacuum seal.
  • the amount of Ag, Au, and Cu added to Sn is 0.1 to 10 wt%, and more preferably 0.5 to 4 wt%. Even if the amount is small, an oxide film of the additive element is formed on the surface of the sealing material 32. When there is too much addition amount, a sealing layer will become hard and weak and the sealing performance of a sealing part will fall.
  • the configuration of the FED according to the third embodiment will be described in detail using examples.
  • first and second substrates 11 and 12 made of glass plates having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass.
  • glass frit powder, Ag powder (the weight of the glass frit and Ag) is placed on the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13.
  • the cost was 1 to 1), and a glass paste made of a viscosity modifier was printed, and then fired under predetermined conditions to form the underlayer 33.
  • sealing material 32 in this case, Sn, 3.5% Ag alloy was deposited on the base layer and welded to form a sealing layer.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 opposed to spaced gap 100 mm was heat treated in a vacuum of 5x10- 6 Pa.
  • a temperature equal to or higher than the melting point of the sealing material in the cooling process for example, 240 ° C
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other by aligning the positions of the sealing materials. To be continuous on the surface.
  • a vacuum seal portion was formed, and the side wall 13 and the first substrate 11 were hermetically sealed.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 9 atm 'cc / sec, sufficient sealing effect It was found that In addition, both the measurement results and the appearance force revealed that no cracks occurred in the glass substrate due to sealing using a metal sealant.
  • first and second substrates 11 and 12 made of glass plates having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass. Next, the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13, Lasfrit powder, Ag powder (the weight cost of glass frit and Ag is 1 to 2), and a glass paste that is a viscosity adjusting material were printed, and then fired under predetermined conditions to form an underlayer. Next, using a soldering iron provided with ultrasonic waves, the sealing material 32, here Sn, was deposited on the base layer and welded to form a sealing layer.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 opposed to spaced gap 100 mm was heat treated in a vacuum of 5x10- 6 Pa. After that, when the temperature reaches a temperature equal to or higher than the melting point of the sealing material in the cooling process, for example, 240 ° C, the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other by aligning the positions of the sealing materials. The stratum was made continuous on both sides. By cooling in this state and solidifying the sealing material, a vacuum seal portion was formed, and the side wall 13 and the first substrate 11 were hermetically sealed.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 9 atm 'cc / sec, sufficient sealing effect It was found that In addition, when elemental analysis was performed on the vacuum seal part, both the metal part of the underlayer and the metal part of the sealing layer were SnAg alloys.
  • a first substrate 11 and a second substrate 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, and one of them, for example, the glass on the inner peripheral edge of the second substrate, is prepared.
  • a side wall 13 having a rectangular frame shape made of frit glass was joined.
  • a glass paste made of a viscosity adjusting material was printed, and then fired under predetermined conditions to form an underlayer.
  • the sealing material 32 here, Sn, 3.5% Ag, 0.5% Cu alloy was laminated and welded on the underlayer to form a sealing layer.
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 opposed to spaced gap 100 mm was heat treated in a vacuum of 5x10- 6 Pa.
  • a temperature equal to or higher than the melting point of the sealing material in the cooling process for example, 240 ° C
  • the first substrate 11 and the second substrate 12 are brought into close contact with each other by aligning the positions of the sealing materials.
  • a vacuum seal portion was formed, and the side wall 13 and the first substrate 11 were hermetically sealed.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 9 atm 'cc / sec, sufficient sealing effect It was found that In addition, both the measurement results and the apparent force revealed that no cracks occurred in the glass substrate due to sealing using a metal sealant.
  • the FED has the same basic configuration as that of the FED according to the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6, and only the configuration of the vacuum seal portion 31 is different. Therefore, the description of the basic configuration is omitted, and only the configuration of the vacuum seal portion 31 will be described in detail.
  • the vacuum seal portion 31 is a predetermined position of the first substrate 11, that is, a rectangular frame-shaped position along the inner peripheral edge of the first substrate. And a sealing layer 32 formed of a sealing material 32 between the side wall 13 and the rectangular frame-like position along the end face of the first substrate side.
  • the inventors of the present application set characteristics to be used as a sealing material used for the vacuum seal portion 31, and conducted various experiments to find a seal structure that satisfies the conditions.
  • first and second substrates 11 and 12 made of glass plates each having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-shaped side wall 13 made of glass was joined with frit glass. Next, an alloy of 0.4 wt.% As the seal material 32 and the remaining Sn is placed on the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13. A heating iron with an ultrasonic wave was applied to the paper and the sheet material while applying ultrasonic waves.
  • a heat treatment was performed at baking, etc. in a vacuum chamber of 5x10- 6 Pa.
  • a dummy substrate 52 made of, for example, a glass plate is disposed opposite to each substrate, here the second substrate 12 with a predetermined gap.
  • the YAG laser light guided by the optical fiber 54 is passed through the transparent window 53 provided on the wall of the vacuum chamber 50 to seal the sealing material. Scanning while touching 32 surfaces.
  • the oxide film existing on the surface of the sealing material 32 is scattered and removed. The scattered oxide film adheres to the dummy substrate 52 and is captured.
  • the average output of the laser beam was 1.3 mJ (l pulse), the pulse half width: 120 ns, and the frequency 1 KHz. These values can be appropriately selected.
  • the laser beam is moved by moving the laser beam and the substrate 12 relative to each other. In the example, the surface of the sealing material 32 was scanned over the entire circumference with a laser beam while moving the substrate 12. If the dummy substrate 52 becomes dirty after processing multiple substrates, clean the dummy substrate or replace it with a new dummy substrate.
  • the sealing material 32 filled on the first substrate 11 is also the same as described above by laser light. Perform the process.
  • the sealing material 32 filled in the first substrate 12 arranged in the vacuum chamber 50 is irradiated from the plasma generator 56 as shown in FIG.
  • the oxide here, the oxide film may be removed by irradiation with the plasma.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 12 Pa'm 3 / sec, sufficient sealing It turned out to be effective.
  • both the measurement results and the apparent force revealed that no cracks occurred in the glass substrate due to sealing using a metal sealant.
  • first and second substrates made of glass plates that are 65cm in length and 110cm in width, respectively.
  • One of them for example, a rectangular frame made of glass on the inner peripheral edge of the second substrate
  • the side walls 13 were joined by frit glass.
  • the upper surface of the side wall 13, and inner surface peripheral edge portion of the first substrate 11, i.e., at a predetermined position facing the side wall 13, the sealing member 32 to 0.5 wt% Rei_1 :, 3 wt% eight ⁇
  • the remaining Sn alloy was applied to the seal material while applying ultrasonic waves using an ultrasonically applied heating iron. At this time, the substrate was heated to 200 ° C.
  • the oxide film on the surface of the sealing material 32 was continuously removed by applying a carbon dioxide laser guided by a mirror to the sealing material 32 and moving the substrate. Both the sealing material 32 of the first substrate 11 and the sealing material 32 on the side wall 13 were subjected to the oxide film removal treatment by the laser.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 12 Pa'm 3 / sec, sufficient sealing It turned out to be effective.
  • both the measurement results and the apparent force revealed that no cracks occurred in the glass substrate due to sealing using a metal sealant.
  • first and second substrates 11 and 12 made of glass plates having a length of 65 cm and a width of 110 cm are prepared, of which: A rectangular frame-like side wall 13 made of lath was joined with frit glass. Next, Ag powder and frit glass powder are mixed at a weight ratio of 5: 5 by a screen printing device at the upper surface of the side wall 13 and the inner peripheral edge of the first substrate 11, that is, at a predetermined position facing the side wall 13. A paste made by mixing the mixed composite material with a binder to give viscosity was printed at a width of 10 mm and a thickness of 10 / im. Then, the first substrate 11 and the side wall 13 were fired in an atmospheric furnace under predetermined conditions, thereby forming an underlayer on the sealing portion.
  • an alloy of 43 wt% 81 as the sealing material 32 and the remaining Sn is ultrasonically applied to the upper surface of the side wall 13 and the peripheral edge of the inner surface of the first substrate 11, that is, a predetermined position facing the side wall 13.
  • coating was apply
  • a voltage of, for example, 15 kV is applied between the sealing material 32 and the electrode 58 arranged to be opposed to the sealing material 32 by about 15 mm in a vacuum chamber 50 decompressed to several lOOPa. The discharge was generated and the oxide film on the surface of the sealing material 32 was continuously removed by scanning the substrate 12. Both the sealing material 32 on the first substrate 11 and the sealing material 32 on the side wall 13 were subjected to the oxide film removal process by the above discharge.
  • leakage quantity represents the following 1x10- 12 Pa 'm 3 / sec , sufficient sealing It turned out to be effective.
  • both the measurement results and the apparent force revealed that no cracks occurred in the glass substrate due to sealing using a metal sealant.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, but can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
  • the manufacturing method according to the fourth embodiment can be applied to any of the image display apparatuses shown in the first to third embodiments.
  • the dimensions, materials, and the like of the side wall, the support member, and other components are not limited to the above-described embodiments, and can be selected as appropriate.
  • the present invention is not limited to an electron source using a field emission electron emitting device or a surface conduction electron emitting device as an electron source, and an image display device using another electron source such as a carbon nanotube, and a vacuum inside. It can also be applied to other flat image display devices that are maintained.

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Abstract

　隙間を置いて対向配置された２枚の基板１１、１２と、これらの基板を所定位置で互いに封着し２枚の基板間に密閉空間を規定した真空シール部３１と、を備えている。真空シール部３１は、所定位置に沿って充填されたシール材３２からなる封着層を有している。このシール材は、Ｓｎ、あるいはＳｎにＰｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の融点低下元素少なくとも１種類含む合金に少なくとも１種類の活性金属を含有している。

Description

明 細 書
シール材、シール材を用いた画像表示装置、画像表示装置の製造方法 、およびこの製造方法により製造された画像表示装置
技術分野
[0001] この発明は、画像表示装置を構成する 2枚の基板間に挟まれた高真空の空間を維 持する真空シール部に用いるシール材、これを用いた平板型の画像表示装置、画 像表示装置の製造方法、およびこの製造方法により製造された画像表示装置に関 する。
背景技術
[0002] 近年、ディスプレイの主流となりつつある自発光型平面ディスプレイは基本的に対 向配置された 2枚のガラス基板を備え、一方のガラス基板には画像を形成するため の回路および電子放出あるいはプラズマ形成素子が組み込まれ、他方のガラス基板 には該素子に対向する蛍光体が形成されている。 2枚のガラス基板は、素子が有効 に作用するように適正な空間を置いて対向配置されている。この空間は電子線励起 型のディスプレイでは高い真空度が要求されている。従って、 2枚のガラス基板は適 正な空間を保つとともに、高レ、真空に耐える構造になってレ、なければならなレ、。
[0003] 例えば、特開 2002— 319346号に開示されているように、従来、このような高い真 空に耐える構造を形成するためには、ガラス基板と同じガラス材料からなる枠体を用 意し、この枠体を一方のガラス基板の全周に沿ってガラス系の接着剤により接着し、 他のガラス基板と枠体とは、インジウムあるいはインジウム合金のようなガラスとの濡れ 性を有する低融点金属を用いて接着および真空シールを果たすようになつている。こ れらの低融点金属は、その融点以上に加熱されて溶融すると、ガラスに対して高い 濡れ性を示すこと、およびガラスに歪が発生することの無い低い温度で処理が行なえ ることから、気密性が高く信頼性の高い封着が可能となる。
[0004] しかし、シール材としてインジウムあるいはインジウム合金のような低融点金属を用 レ、て真空シール構造を得る方法は、元来、小さな面積の封着を対象としている。大型 の画像表示装置では非常に大きく長い面積をシールすることが要求されるため、従 来技術の単純な適用では信頼性の高い真空シール構造を得ることが困難となる。
[0005] その大きな要因のうちの一つに、上述の低融点金属の溶融時における表面張力に よる収縮がある。溶融金属の表面張力は非常に大きぐ水の 10倍以上あるため、抑 止力が働かない環境においては球になろうとする力が支配的となる。そのため、ガラ ス面に低融点金属で面状のシールラインを形成しても、溶融状態に保持するとシー ルラインは寸断され局部的な盛り上がりを形成するようになって真空シールの役割を 果たさなくなる。特に、大型の平面画像表示装置ではシール部の長さが全周で 3mを 超え、真空維持に必須の連続性が欠落する確率が非常に高くなる。
[0006] 固体表面にある液体の表面張力による球状化を抑制するためには、固体表面と液 体との界面張力を弱めれば良いことはヤングの式により知られている。本発明の対象 となる表示装置においては、固体はガラスであり液体はシール金属である。ガラスと 溶融金属との界面張力は大きいため、ガラス表面に界面張力を下げる金属層を配備 すること力 S有効となる。し力しながら、この手法はガラスに金属を強固に接合させる困 難さと、シール金属との反応により該金属層がガラス面から消滅して効果を失う問題 を抱えている。
[0007] 一方、金属と無機材料 (酸化物、窒化物、炭化物等）との接合の観点から、いわゆ るロウ材に活性金属と呼ばれる金属元素を添加する手法がとられている。これは、活 性な金属が無機材料を構成してレ、る金属化合物を熱処理の間に還元し新たな化合 物を形成することで、無機材料とロウ材との結合を生成するものである。しかしながら 、接合に必要な還元反応は温度と時間の積で決まるため、低温では機械的強度が 得られず、 700°Cを超える温度で使用される銀ロウでの適用に限られていた。また、 酸化物の中でもガラスのような非結晶タイプの材料では活性金属との反応が生じると 反応層とガラスの結合性が悪ぐ反応界面から剥離して実質的に接合を得ることが出 来ない事実がある。
[0008] また、インジウム (インジウム合金を含む）は、既に透明電極膜として大量に消費さ れていることから、シール材としてインジウムをこれ以上使用することは、環境の観点 から抑制せねばならない。
[0009] インジウムに代わる材料に要求される特性は、第 1義としての資源が豊富であること に加えて、インジウムの融点である 157°Cに近い低融点であること、高真空を得るた めの工程であるパネルガラスのベーキングにおいて揮発しない低い蒸気圧であること が必要となる。このような観点から金属元素を選定するとおのずから Snが候補となる 例えば、特開平 11— 77370号公幸艮、特開 2004— 149354号公幸艮には、 Sn合金 を 2枚のガラスパネルのシール材として用いる考え方が開示されている。
[0010] し力 ながら、特開平 11— 77370号公報に開示されたシール材は Sn_Bi合金に 限定されるもので、蒸気圧の高い Biを用いることは、高真空を得るためのシール材の 要求性能に合致するものではなレ、。また、特開 2004— 149354号公報には、 Sn合 金で 2枚のガラスの周辺を半田付けした後、所定位置から内部の空気を排除して減 圧する構成が開示されている。このような構成では、高真空を得るためのベーキング 工程を経ることは理論的に不可能である。すなわち、特開 2004— 149354号公報に 開示されている Sn合金は、少なくとも Snの融点である 232°C近傍に融点を持っため 、ベーキング工程で必要な 300°C以上の温度に加熱すると溶融状態となる。溶融し た Sn合金は、大気との圧力差によってシール部の内側に吸い込まれ、シール性を失 つてしまう。
[0011] 高真空度を必要とする大画面の FEDの製造は、 2枚のガラスパネルを高真空のも とで高温に加熱するべ一キング工程が必要であり、このべ一キング工程において、 2 枚のガラスパネルは真空排気に必要な間隔を与えねばならなレ、。真空シールはべ一 キング工程を経て実施されることになるため、シール材は予め 2枚のガラスパネルの 所定位置に配備されていることが必要である。ところが、 Inに代わる材料として Snを 用いると、この予め配備する工程においてガラス表面に酸化膜が形成される。この酸 化膜は、ガラスパネルの重ねあわせによるシール部形成工程において、きわめて微 小ながら通気孔をシール部に残すことになり、製品の高真空維持が難しいことが判明 した。
[0012] Inにおいても酸化膜の形成は観察されていた力 S、ガラスパネルの重ねあわせ工程 におレ、て酸化膜を破壊することでシール部形成に問題を与えることはなかった。 Sn の酸化膜が Inの酸化膜に比較して非常に強固であることが、 Snをシール材として用 レ、ることを困難にすることが明らかとなった。 [0013] 酸化膜の発生がシール部の形成を阻害するのであれば、酸化膜を形成しない還元 雰囲気中、非酸化性雰囲気中でシール材配備を行うことが考えられる。 Snをガラス 面に配備するためには、溶融状態の Snに超音波を付与することが好ましい。しかし ながら、酸化膜が形成されない雰囲気中で Snを溶融状態にして超音波を付与すると 、 Snは微小な粒となって霧化し、ガラス面に適正に配備することが困難となる不具合 があることがわかった。
[0014] このように、従来の技術では、シール材として低融点金属を用いて画像表示装置の 真空シール構造を得ようとする際、低融点金属の表面張力に起因する収縮によって シール部の連続性が欠落し、高い真空シール性を維持することが困難になる問題が ある。その結果、高い真空度に維持された大型の画像表示装置を製造することが困 難となる。
発明の開示
[0015] この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、高い真空度を維持する ことができ、信頼性の向上したシール材、これを用いた画像表示装置、画像表示装 置の製造方法、この製造方法により製造された画像表示装置を提供することにある。
[0016] 上記課題を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置の真空シール部 ίこ用レヽるシーノレ材 fま、 Sn、あるレ、 fま Sn こ Pb、 In、 Bi、 Zn、 Ag、 Au、 Cuの融^ (低下 元素を少なくとも 1種類含む基金属に少なくとも 1種類の活性金属を含有してレ、る。
[0017] この発明の他の態様に係る画像表示装置の真空シール部に用いるシール材は、 S nあるいは Snに少なくとも 1種類の融点低下元素を含む合金に、 Snの酸化物生成標 準自由エネルギーより低い酸化物生成標準自由エネルギーを持つ金属の中から少 なくとも 1種類を含有してレ、る。
[0018] この発明の他の形態に係る画像表示装置は、隙間を置いて対向配置された 2枚の 基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の基板間に密閉空間を規定した真空シー ル部と、を備え、前記真空シール部は、前記所定位置に沿って充填され、 Sn、ある レヽは Snに Pb、 In、 Bi、 Zn、 Ag、 Au、 Cuの融点低下元素を少なくとも 1種類含む基 金属に、少なくとも 1種類の活性金属を含有したシール材を有し、前記シール材と前 記基板との界面に活性金属の酸化物が形成されている。 [0019] この発明の他の形態に係る画像表示装置は、隙間を置いて対向配置された 2枚の ガラス基板と、前記ガラス基板の所定位置を封着し 2枚のガラス基板間に密閉空間を 規定した真空シール部と、を備え、前記真空シール部は、 Snに活性金属を含有し前 記所定位置に沿って充填された封着層と、前記封着層と前記ガラス基板との界面の 前記ガラス基板側に、前記封着層の成分が拡散されてなる拡散層と、を含んでいる。
[0020] この発明の他の態様に係る画像表示装置は、隙間を置いて対向配置された 2枚の ガラス基板と、前記ガラス基板の所定位置を封着し 2枚のガラス基板間に密閉空間を 規定した封着部と、を備え、前記封着部は、 Snに Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の 金属を含有した封着層を含んでいる画像表示装置。
[0021] この発明の態様に係る画像表示装置の製造方法は、隙間を置いて対向配置され た 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の基板間に密閉空間を規定した 真空シール部と、を備えた画像表示装置の製造方法において、
Sn、あるレ、は Snに Pb、 In、 Bi、 Zn、 Ag、 Au、 Cuの融点、低下元素を少なくとも 1種 類含む基金属に、少なくとも 1種類の活性金属を含有したシール材を、超音波を付 与しながら前記基板の所定位置に沿って充填し、前記シール部を形成することを特 徴としている。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]図 1は、この発明の第 1の実施形態に係る SEDを示す斜視図。
[図 2]図 2は、図 1の線 II - IIに沿つて破断した前記 SEDの断面図。
[図 3]図 3は、封着層とガラス基板との界面部分を示す断面図。
[図 4]図 4は、上記界面部分における活性金属の含有状態を示す図。
[図 5]図 5は、この発明の第 3の実施形態に係る FEDを示す斜視図。
[図 6]図 6は、図 5の線 VI— VIに沿った破断した前記 FEDの断面図。
[図 7]図 7は、製造工程における FEDの基板を示す断面図。
[図 8]図 8は、この発明の第 4の実施形態に係る画像表示装置の製造方法において、 シール材の酸化物を除去する工程を示す断面図。
[図 9]図 9は、この発明の第 4の実施形態における変形例において、シール材の酸化 物を除去する工程を示す断面図。 [図 10]図 10は、この発明の第 4の実施形態における他の実施例において、シール材 の酸化物を除去する工程を示す断面図。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下図面を参照しながら、この発明に係る平面型の画像表示装置を表面伝導型電 子放出装置 (以下、 SEDと称する）に適用した第 1の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、 SEDは、それぞれ矩形状のガラス基板からなる第 1基 板 11および第 2基板 12を備え、これらの基板は約 1. 0〜2. Ommの隙間をおいて対 応配置されている。第 1基板 11および第 2基板 12は、ガラスからなる矩形枠状の側 壁 13を介して周縁部同士が接合され、内部が 10_5程度の高真空に維持された偏平 な真空外囲器 10を構成している。
[0024] 接合部材として機能する側壁 13は、例えば、フリットガラス等の低融点ガラス 23に より、第 2基板 12の内面周縁部に封着されている。また、側壁 13は、後述するように 、シール材としての低融点金属を含んだ真空シール部 31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および真空シール部 31は、第 1基板 1 1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基板間に密閉空 間を規定している。
[0025] 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、例えば、ガラスから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の長辺と平行な方向に延在しているとともに、 短辺と平行な方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。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。
[0026] 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 15が形成されてい る。この蛍光体スクリーン 15は、赤、緑、青に発光する複数の蛍光体層 16、および蛍 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 16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 15上には、アルミ ニゥム等からなるメタルバック 20およびゲッタ膜 19が順に形成されている。
[0027] 第 2基板 12の内面上には、蛍光体スクリーン 15の蛍光体層 16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表面伝導型の電子放出素子 18が設け られている。これらの電子放出素子 18は複数列および複数行に配列され、対応する 蛍光体層 16とともに画素を形成している。各電子放出素子 18は、図示しない電子放 出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。第 2 基板 12の内面上には、電子放出素子 18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。
[0028] 上記のように構成された SEDにおいて、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン 15 およびメタルバック 20に例えば、 8kVのアノード電圧を印加し、電子放出素子 18から 放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーンへ衝突させる。 これにより、蛍光体スクリーン 15の蛍光体層 16が励起されて発光し、カラー画像を表 示する。蛍光体スクリーン 15には高電圧が印加されるため、第 1基板 11、第 2基板 1 2、側壁 13、および支持部材 14用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。
[0029] 次に、第 1基板 11と側壁 13との間を封着した真空シール部 31について詳細に説 明する。
図 2に示すように、真空シール部 31は、第 1基板 11の所定位置、すなわち、第 1基 板の内面周縁部に沿った矩形枠状位置と側壁 13の第 1基板側の端面に沿った矩形 枠状位置にシール材 32により形成された封着層を有している。
[0030] 本願の発明者らは、真空シール部 31に用いるシール材として持つべき特性を設定 し、その条件を満たす材料を発見すべく種々の実験を行った。その結果、シール材と して、 Snあるいは Snに Pb、 In、 Bi、 Zn、 Ag、 Au、 Cuの融点低下元素を少なくとも 1 種類含む合金に、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Ta、 Y、 Ce、 Mn等の活性金属の中から少なくとも 1種類を含有する材料を用いることにより、シール材 32と基板との界面に活性金属の 偏析が生じるとともに、基板側へ活性金属が拡散して拡散層が形成され、これにより 、所望の条件を満たせることを見出した。
[0031] 従来、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Ta、 Y、 Ce、 Mn等の活性金属を含む合金は酸化物、窒化 物、炭化物等の無機化合物と金属との接合に用レ、られてきた。これは、活性金属が 高温で酸化物、窒化物、炭化物等の無機化合物と反応することを利用したもので、 反応は温度と時間で規定される。標準的なロウ付け条件は 800°Cx30分である。化 学反応の速度は温度を上昇させると指数関数的に増大する。このことは温度を少し 下げるだけ反応は進まなくなることを意味する。従って、 500°C以下の低温では反応 が進むことが無ぐ接合に適用することはできなかった。低融点金属に活性金属を添 加して 800°C程度の温度で処理すれば何らかの反応は期待できることは明らかであ るが、本実施形態の対象となる画像表示装置に用いられるガラスパネルの耐用温度 は 550°C以下であり、高温での処理は許されない。
[0032] 本発明者らは実験を重ねる中で上述反応が低温においてまったく生じない訳では なぐ接合に利用できるほどの機械的強度を有する結合があり、金属と無機材料の間 に界面張力を変化させるだけの結合が生じることを見出し、本発明の目的を達成す ること力 Sできた。また、発明者らは、超音波を付与しながらシール材を所定部位に充 填することが有効であることを併せて見出した。
[0033] Snあるいは Sn合金への活性金属の溶解度は殆ど無ぐ活性金属の添加により合 金の液相線は急激に上昇する。活性金属の効果は lOOppm程度から出現するので 、液相線の温度を高めることなく活性金属の効果を得るため、活性金属の添加量は、 添加によって構成される合金の液相線力 50°C以下になる量未満で 0. 001重量％ を超える量が望ましぐより好ましくは、 0. 5重量％未満で 0. 01重量％を超える量に 設定する。ただし、他の条件が許せば、液相線が 450°Cを超える量を添加してもよい 。また、 Sn合金において、 Snの総量は、 50重量％以上である。但し、液相線力 ¾50 °Cを超える量の活性金属を添加しても、本発明の機能が阻害されることはない。
[0034] 以下、第 1の実施形態に係る SED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)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板 12の内面周縁部に、 ガラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の 上面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に 、シール材 32として 0. 3重量％丁1、残部 Snの合金を超音波付与加熱コテを用いて 塗り付け封着層を形成した。この際、コテおよびガラス面を窒素雰囲気中に載置した 状態でシール材を充填した。
[0035] これら第 1基板 11および第 2基板 12の間を 20mm開け、 5xlO_6Paの真空中で加 熱処理した。その後、冷却過程で温度が 240°Cに達した際、シール材との位置が合 うように第 1基板 11および第 2基板 12を密着させ、前記 Ti-Sn合金が両方の面に連 続となるようにした。この状態で冷却して Sn合金を凝固させることにより、真空シール 部 31を形成し側壁 13と第 1基板 11とを気密に封着した。
[0036] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、 lxl0_9atm' cc/sec以下のリーク量を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この結果と外見のいずれ力 も、金属の封着に 起因するガラス基板内の亀裂が発生していないことが明らかとなった。封着された基 板を切断しシール部分を断面 TEMおよび EDX分析により調査した結果を図 3およ び図 4に示す。
[0037] 図 3において、白色部分はシール材、黒色部分がガラス基板に相当している。シー ノレ材 32とガラス基板との界面近傍の状態を EDXにより分析した。分析箇所は、 1な いし 5の位置であり、 1はガラスバルタ（界面からの距離 140nm)、 2はガラス基板 側の界面近傍位置（界面からの距離 3nm)、 3は界面、 4および 5は封着層の界面 近傍位置（界面からの距離 + 2nm、 + 7nm)、 6は封着層バルタ（界面からの距離 + 140nm)に相当している。
[0038] 図 4に示すように、境界部分、つまり、分析箇所 3、 4, 5では、活性金属である Tiが 3〜： 13wt%程度偏析していることが確認された。偏析物の割合は、 2〜30w%となる ことが分かった。また、偏析物が偏析した部分の厚さは、 lnm〜500nmであった。
[0039] 基板側の界面近傍位置 2では、 Tiが検出され、 Tiがガラス基板に拡散していること が確認された。ガラス基板側において、活性金属が拡散した拡散層 35の厚さは、 In m〜500nmとなっている。封着層における活性金属の含有量は、 3wt%未満となつ ていた。封着金属とガラス板との界面近傍に、 Si、 Ti、 Oからなる複合酸化物が観察 された。
[0040] 比較例として上記と同一の材料条件で封着金属を超音波なしで加熱コテにより形 成したものにおいては、該複合酸化物はほとんど観察されなかった。更に、比較のた めに Tiの添加量が 0. 001重量％未満のものを作製して上記と同様のシール構造を 作製し評価したところ、シールの不完全な部位が生じて SEDとしての性能を発揮でき ない結果となった。
[0041] (実施例 2)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガラス 力 なる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上面、 および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、シー ノレ材 32として 0. 2重量％丁1、 3重量％Ag、残部 Snの合金を超音波付与加熱コテを 用いて塗り付け封着層を形成した。この際、前記ガラスは予め 150°Cに加熱しておい た。
[0042] これら第 1基板 11および第 2基板 12の間を 20mm開け、 5xlO_6Paの真空中で加 熱処理した。その後、冷却過程で温度が 230°Cに達した際、シール材との位置が合 うように第 1基板 11および第 2基板 12を密着させ、前記 Ti-Sn合金が両方の面に連 続となるようにした。この状態で冷却して Sn合金を凝固させることにより、真空シール 部 31を形成し側壁 13と第 1基板とを気密に封着した。
[0043] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、 lxlO_9atm' cc/sec以下のリーク量を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この結果と外見のいずれ力 も、金属の封着に 起因するガラス基板内の亀裂が発生していないことが明らかとなった。該封着された 基板を切断しシール部分を精査したところ、界面および界面近傍に、活性金属であ る Tiの偏析が確認され、また、ガラス基板側の界面近傍でも Tiが検出され、 Tiがガラ ス基板側に拡散していることが確認された。
[0044] また、該封着金属とガラス板の界面近傍に、 Si、 Ti、〇からなる複合酸化物が観察 された。比較例として上記と同一の材料条件で封着金属を超音波なしで加熱コテに より形成したものにおいては、該複合酸化物はほとんど観察されなかった。
[0045] (実施例 3)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意した。また、第 1基板 11および第 2基板 12の一方の基板 の表面には無機化合物である絶縁層を形成した。なお、本実施例では、第 2基板 12 の表面周辺部には配線があるため、充填面は素ガラスではなぐ絶縁ペーストとなる 。続いて、ガラス基板の対向する所定の場所、ここでは、ガラス基板の内面周縁部に 、シーノレ材 32として 0. 2重量％2 30重量％8 残部 Snの合金を超音波付与加熱 コテを用いて塗り付け封着層を形成した。次に、一方のガラス基板の封着層上に、ス ぺーサとして、 Agメツキの施された Fe_ 37重量％Ni合金のワイヤ（直径 1. 5mm)を 枠状に設置した。
[0046] 第 1基板 11および第 2基板 12間を 100mm開け、 5x10— 6Paの真空中で加熱脱気 処理を行なった。次いで、冷却過程で 250°Cに至った際、第 1基板 11および第 2基 板 12をシール材 32を介して所定の位置で貼り合わせた。すると、溶融している前記 Zr_Bi_Sn合金が Fe_Ni合金ワイヤを介して相互に親和性が良いために濡れ広 がり、隙間のない状態になった。この状態で凝固させて真空シール部 31を形成し、 第 1基板 11および第 2基板 12を封着した。この SEDについて、実施例 1と同様の真 空リーク試験を実施し、同様の優れた結果を得た。
[0047] 封着された基板を切断しシール部分を精査したところ、界面および界面近傍に、活 性金属である Zrの偏祈が確認され、また、ガラス基板側の界面近傍でも Zrが検出さ れ、 Zrがガラス基板側に拡散していることが確認された。
[0048] また、封着層とガラス基板との界面近傍に、 Si、 Zr、〇からなる複合酸化物が観察さ れた。比較例として上記と同一の材料条件で封着金属を超音波なしで加熱コテによ り形成したものにおいては、上記複合酸化物はほとんど観察されなかった。
[0049] (実施例 4)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、シ 一ノレ材 32として 0. 2重量％丁1、 35重量％8 残部 Snの合金を超音波付与加熱コテ を用いて塗り付け封着層を形成した。この際、ガラスとコテがあたる部分は Ar雰囲気 中に配置して前記 Ti Bi— Sn合金の酸化を低減させた。
[0050] これら第 1基板 11および第 2基板 12の間を 20mm開け、 5xlO_6Paの真空中で加 熱処理した。その後、冷却過程で温度が 200°Cに達した際、シール材との位置が合 うように第 1基板 11および第 2基板 12を密着させ、前記 Ti_Bi_ Sn合金が両方の 面に連続となるようにした。この状態で冷却して合金を凝固させることにより、真空シ ール部 31を形成し側壁 13と第 1基板とを気密に封着した。
[0051] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、 lxl0_9atm' cc/sec以下のリーク量を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この結果と外見のいずれ力 も、金属の封着に 起因するガラス基板内の亀裂が発生していないことが明らかとなった。
[0052] 上記封着された基板を切断しシール部分を精査したところ、界面および界面近傍 に、活性金属である Tiの偏析が確認され、また、ガラス基板側の界面近傍でも Tiが 検出され、 Tiがガラス基板側に拡散してレ、ることが確認された。
[0053] また、封着金属とガラス板との界面近傍に、 Si、 Ti、〇からなる複合酸化物が観察さ れた。比較例として上記と同一の材料条件で封着金属を超音波なしで加熱コテによ り形成したものにおいては、上記複合酸化物はほとんど観察されなかった。
[0054] 以上のように、本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 ガラス製容器の封着が可能となり、高い真空度を維持でき、信頼性の向上したシー ノレ材およびこれを用いた平面型の画像表示装置を得ることができる。
[0055] (実施例 5)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、ス クリーン印刷装置により Ag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、幅 10mm、厚さ 10 μ mで印刷した。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 。シール材 32として 0. 4重量％丁1、残部 Snの合金を超音波付与加熱コテを用いて 塗り付け封着層を形成した。
[0056] これら第 1基板 11および第 2基板 12の間を 20mm開け、 5xlO_6Paの真空中で加 熱処理した。その後、冷却過程で温度が 200°Cに達した際、シール材との位置が合 うように第 1基板 11および第 2基板 12を密着させ、前記 Ti_ Sn合金が両方の面に連 続となるようにした。この状態で冷却して合金を凝固させることにより、真空シール部 3 1を形成し側壁 13と第 1基板とを気密に封着した。
[0057] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、 lxl0_9atm' cc/sec以下のリーク量を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この結果と外見のいずれ力 も、金属の封着に 起因するガラス基板内の亀裂が発生していないことが明らかとなった。該封着された 基板を切断しシール部分を精査したところ、該封着金属と基板の界面近傍に、 Si、 Ti 、 Oからなる複合酸化物が観察された。また、 Agと Snの合金相も観察された。比較例 として、上記と同一の材料条件で封着金属を超音波なしで加熱コテにより形成したも のにおいては、上記複合酸化物はほとんど観察されなかった。本実施例では Ag粉 末を用いているが Agにこだわるものではなぐ Fe、 Cu、 Al、 Niあるいはそれらの合 金も有効である。
[0058] 上述した第 1の実施形態において、製造プロセス上、ガラス基板の表面が汚染され る可能性がある。このようなガラス基板表面の汚染を考慮した場合、真空加熱時にお ける溶融したシール材をガラス基板上に確実に保持する目的で、ガラス基板上に下 地層を形成し、この金属下地層の上にシール材を充填してもよい。この場合、シール 材と金属下地層との混合層ができ、シール材の濡れ性を更に向上することが可能と なる。下地層は、ガラスペーストや金属ペーストや金属薄膜が適当であり、その際の 金属材料としては、 Ag、 Ni、 Fe、 Cu、 Alの少なくとも 1つを含んだものが望ましい。
[0059] 次にこの発明の第 2の実施形態に係る SEDについて説明する。 SEDは、図 1およ び図 2に示した第 1の実施形態に係る SEDと同一の基本構成を備え、真空シール部 31の構成のみが相違している。そこで、基本構成の説明は省略し、真空シール部 31 の構成についてのみ詳細に説明する。
[0060] 第 2の実施形態によれば、図 2に示したように、真空シール部 31は、第 1基板 11の 所定位置、すなわち、第 1基板の内面周縁部に沿った矩形枠状位置と側壁 13の第 1 基板側の端面に沿った矩形枠状位置との間に、シール材 32により形成された封着 層を有している。
[0061] 本願の発明者らは、真空シール部 31に用いるシール材として持つべき特性を設定 し、その条件を満たす材料を発見すべく種々の実験を行った。その結果、 Snあるい は Snに融点低下元素、例えば、 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類含む合金に、 Snの 酸化物生成標準自由エネルギーよりも低い酸化物生成標準自由エネルギーを持つ 金属の中から少なくとも 1種類を含有したシール材を用いることにより、所望の条件を 満たせることを見出した。 Snの酸化物生成標準自由エネルギーよりも低い酸化物生 成標準自由エネルギーを持つ金属、例えば、 Crが添加されていると、 Snが酸化する 雰囲気において Snよりも先に Crが酸化し、シール材の表面に Crの酸化膜が形成さ れる。これにより、頑強な酸化物である Sn〇の生成を抑止する。このため、後の基板
2
の重ね合わせ工程において、容易に Crの酸化膜の破断が生じ、真空シールに必要 なシール材の連続体を得ることができる。
[0062] Snの酸化物生成標準自由エネルギーよりも低い酸化物生成標準自由エネルギー を持つ金属としては、 Crの他、 Al、 Si等を用いることができ、その添加量は、 0. 001 〜2wt%であることが望ましい。添加量が微量でも、シール材表面に添加元素の酸 化膜が形成される。添加量が多すぎると、シール材の融点が上昇し、 FEDの製造ェ 程における使用温度範囲を超えてしまう。この場合、封着が困難となり、シール性が 低下する。
[0063] 以下、第 2の実施形態に係る SED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)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、シ ール材として 1重量％〇 残部 Snの合金を塗り付けた。この際、超音波付与加熱コ テを用い、シール材に超音波を印加しながら塗り付けた。
[0064] 次に、第 1基板 11および第 2基板 12を隙間 100mm開けて対向配置し、 5x10— 6Pa の真空中で加熱処理した。その後、冷却過程で温度がシール材の融点以上の温度 、例えば、 240°Cに達した際、シール材との位置が合うように第 1基板 11および第 2 基板 12を密着させ、シール材が両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却し てシール材を凝固させることにより、真空シール部 31を形成し、側壁 13と第 1基板 11 とを気密に封着した。
[0065] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 9atm ' cc/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属シー ノレ材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らかと なった。
[0066] (実施例 2)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の 1枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、シ ール材として 0. 5重量％&\ 3重量％八§、残部 Snの合金を超音波付与加熱コテを 用レ、、シール材に超音波を印加しながら塗り付けた。この際、基板および側壁を 200 °Cに加熱した。
[0067] 第 1基板 11および第 2基板 12を隙間 100mm開けて対向配置し、 5x10— 6Paの真 空中で加熱処理した。その後、冷却過程で温度がシール材の融点以上の温度、例 えば、 250°Cに達した際、シール材との位置が合うように第 1基板 11および第 2基板 12を密着させ、シール材が両方の面に連続となるようにした。この状態で基板および 側壁を冷却してシール材を凝固させることにより、真空シール部 31を形成し側壁 13 と第 1基板 11とを気密に封着した。
[0068] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 9atm ' cc/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属シー ノレ材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂が発生していないことが明らかと なった。
[0069] (実施例 3)
SEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、 重量比で Ag： 70、低融点ガラス： 25、高分子バインダーおよび粘調剤の混合物： 5か らなるペーストをスクリーン印刷後所定の条件で焼成し下地を形成した。その後、シ ール材として 1重量％〇 残部 Snの合金を該下地上に塗り付けた。この際、超音波 付与加熱コテを用レ、、シール材に超音波を印加しながら塗り付けた。
[0070] 次いで、第 1基板 11および第 2基板 12を隙間 100mm開けて対向配置し、 5x10— 6 Paの真空中で加熱処理した。その後、冷却過程で温度がシール材の融点以上の温 度、例えば、 240°Cに達した際、シール材との位置が合うように第 1基板 11および第 2基板 12を密着させ、シール材が両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却 してシール材を凝固させることにより、真空シール部 31を形成し、側壁 13と第 1基板 11とを気密に封着した。
[0071] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 9atm' cc/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属シー ノレ材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らかと なった。
[0072] 以上のように、第 2の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 のガラス製容器の封着が可能となり、高い真空度を維持でき、信頼性の向上したシ ール材およびこれを用いた平面型の画像表示装置を得ることができる。
[0073] 次に、この発明に係る平面型の画像表示装置を FEDに適用した第 3の実施形態に ついて詳細に説明する。 図 5および図 6に示すように、 FEDは、それぞれ矩形状のガラス基板からなる第 1基 板 11および第 2基板 12を備え、これらの基板は約 1. 0〜2. Ommの隙間をおいて対 向配置されている。第 1基板 11および第 2基板 12は、ガラスからなる矩形枠状の側 壁 13を介して周縁部同士が接合され、内部が真空に維持された偏平な真空外囲器 10を構成している。
[0074] 接合部材として機能する側壁 13は、例えば、フリットガラス等の低融点ガラス 23に より、第 2基板 12の内面周縁部に封着されている。側壁 13は、後述するように、シー ノレ材としての低融点金属を含んだ真空シール部により、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および真空シール部は、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基板間に密閉空間を規定して いる。
[0075] 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、例えば、ガラスから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の長辺と平行な方向に延在しているとともに、 短辺と平行な方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。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 レ、。
[0076] 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 15が形成されてい る。この蛍光体スクリーン 15は、赤、緑、青に発光する複数の蛍光体層 16、および蛍 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 16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 15上には、アルミ ニゥム等からなるメタルバック 20およびゲッタ膜 19が順に形成されている。
[0077] 第 2基板 12の内面上には、蛍光体スクリーン 15の蛍光体層 16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が設けられている。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 電性カソード層上には多数のキヤビティ 25を有した二酸化シリコン膜 26が形成され ている。二酸化シリコン膜 26上には、モリブデン、ニオブ等からなるゲート電極 28が 形成されている。そして、第 2基板 12の内面上において各キヤビティ 25内に、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。
[0078] 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時、 + 100Vのゲート電圧が印加される。また、蛍光体スクリーン 15には + 10kVが印加 される。そして、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、この電子ビームが蛍光体スクリーン 15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 15には高電圧が 印加されるため、第 1基板 11、第 2基板 12、側壁 13、および支持部材 14用の板ガラ スには、高歪点ガラスが使用されている。
[0079] 次に、第 1基板 11と側壁 13との間を封着した真空シール部 31について詳細に説 明する。
図 6に示すように、真空シール部 31は、第 1基板 11の所定位置、すなわち、第 1基 板の内面周縁部に沿った矩形枠状位置と側壁 13の第 1基板側の端面に沿った矩形 枠状位置との間に、シール材 32により形成された封着層を有している。
[0080] 本願の発明者らは、真空シール部に用いるシール材として持つべき特性を設定し、 その条件を満たす材料を発見すべく種々の実験を行った。その結果、 Snに Ag、 Au 、 Cuの中から少なくとも 1種類の金属を含有したシール材を用いることにより、所望の 条件を満たせることを見出した。 Snに Ag、 Au、 Cuの中から少なくとも 1種類の金属 を添加がされていると、シール材 32表面、つまり、封着層の表面に、頑強な酸化物で ある Sn〇が生成されることを抑制することができる。このため、後の基板の重ね合わ
2
せ工程において、シール材 32の表面に形成された酸化膜を容易に破断し、真空シ ールに必要なシール材の連続体を得ることができる。
[0081] Snへの Ag、 Au、 Cuの添加量は、 0. 1〜： 10wt%、より望ましくは、 0. 5ないし 4wt %である。添加量が微量でも、シール材 32表面に添加元素の酸化膜が形成される。 添加量が多すぎると、封着層が硬ぐ脆くなり、封着部のシール性が低下する。 [0082] 以下、第 3の実施形態に係る 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のガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、図 7に示すよ うに、側壁 13の上面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する 所定の位置に、ガラスフリット粉末、 Ag粉末 (ガラスフリットと Agの重量費は 1対 1)、 および粘度調整材からなるガラスペーストを印刷し、その後、所定の条件で焼成する ことにより下地層 33を形成した。次に、超音波が付与された半田コテを用いてシール 材 32、ここでは、 Sn、 3. 5%Ag合金を下地層に重ねて溶着させ、封着層を形成した
[0083] 続いて、第 1基板 11および第 2基板 12を隙間 100mm開けて対向配置し、 5x10— 6 Paの真空中で加熱処理した。その後、冷却過程で温度がシール材の融点以上の温 度、例えば、 240°Cに達した際、シール材の位置を合わせて第 1基板 11および第 2 基板 12を密着させ、シール材が両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却し てシール材を凝固させることにより、真空シール部を形成し、側壁 13と第 1基板 11と を気密に封着した。
[0084] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 9atm' cc/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力らも、金属のシ 一ル材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らか となった。
[0085] (実施例 2)
FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、ガ ラスフリット粉末、 Ag粉末 (ガラスフリットと Agの重量費は 1対 2)、および粘度調整材 力 なるガラスペーストを印刷し、その後、所定の条件で焼成することにより下地層を 形成した。次に、超音波が付与された半田コテを用いてシール材 32、ここでは、 Sn を下地層に重ねて溶着させ、封着層を形成した。
[0086] 続いて、第 1基板 11および第 2基板 12を隙間 100mm開けて対向配置し、 5x10— 6 Paの真空中で加熱処理した。その後、冷却過程で温度がシール材の融点以上の温 度、例えば、 240°Cに達した際、シール材の位置を合わせて第 1基板 11および第 2 基板 12を密着させ、シール材および下地層が両方の面に連続となるようにした。この 状態で冷却してシール材を凝固させることにより、真空シール部を形成し、側壁 13と 第 1基板 11とを気密に封着した。
[0087] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 9atm' cc/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、真空シール部について元素分析を行ったとこ ろ、下地層の金属部分および封着層の金属部分のいずれも SnAg合金となっていた
[0088] (実施例 3)
FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の 1枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、ガ ラスフリット粉末、 Ni粉末 (ガラスフリットと Niの重量費は 1対 2)、および粘度調整材か らなるガラスペーストを印刷し、その後、所定の条件で焼成することにより下地層を形 成した。次に、超音波が付与された半田コテを用いてシール材 32、ここでは、 Sn、 3 . 5%Ag、 0. 5%Cu合金を下地層に重ねて溶着させ、封着層を形成した。
[0089] 続いて、第 1基板 11および第 2基板 12を隙間 100mm開けて対向配置し、 5x10— 6 Paの真空中で加熱処理した。その後、冷却過程で温度がシール材の融点以上の温 度、例えば、 240°Cに達した際、シール材の位置を合わせて第 1基板 11および第 2 基板 12を密着させ、シール材が両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却し てシール材を凝固させることにより、真空シール部を形成し、側壁 13と第 1基板 11と を気密に封着した。
[0090] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 9atm' cc/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属のシ 一ル材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らか となった。
[0091] 以上のように、第 3の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 のガラス製容器の封着が可能となり、高い真空度を維持でき、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。
[0092] 次にこの発明の第 4の実施形態に係る FEDおよびその製造方法について説明す る。 FEDは、図 5および図 6に示した第 3の実施形態に係る FEDと同一の基本構成 を備え、真空シール部 31の構成のみが相違している。そこで、基本構成の説明は省 略し、真空シール部 31の構成についてのみ詳細に説明する。
[0093] 第 4の実施形態によれば、図 6に示したように、真空シール部 31は、第 1基板 11の 所定位置、すなわち、第 1基板の内面周縁部に沿った矩形枠状位置と側壁 13の第 1 基板側の端面に沿った矩形枠状位置との間に、シール材 32により形成された封着 層を有している。
[0094] 本願の発明者らは、真空シール部 31に用いるシール材として持つべき特性を設定 し、その条件を満たすシール構造を発見すべく種々の実験を行った。 Snを主成分と して Ag、 Cu、 Bi、 Au等の融点低下元素を少なくとも 1種類、あるいは Ti、 Cr、 Zr、 H f、 Al、 Ta等の活性金属を少なくとも 1種類添加したシール材、又は、融点低下元素 と活性金属の両方を同時に添加したシール材を用いている。シール部を形成する直 前にシール材の表面をレーザー、プラズマのような高工ネルギのビームあるいは雰囲 気を当てることにより、所望の条件を満たせることを見出した。即ち、レーザー、プラズ マのような高工ネルギのビームあるいは雰囲気をシール材に当てることにより、シール 材表面の酸化膜は散逸する。
[0095] この処理によってシール形成を行なっても重ね合わせ部にリークパスとなるような連 続な酸化膜が存在しないため、高真空の外囲器を得ることができる。シール材に高 エネルギビームあるいは雰囲気を当てる操作は、酸化皮膜を完全に除去することが できなくても、シール材の合わせ面での連続酸化膜の厚さが 500nm以下であれば 所期の封着性能を維持できることが見出された。
[0096] 以下、第 4の実施形態に係る FEDの構成および製造方法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のガラス板からなる第 1および 第 2基板 11、 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板 12の内面周縁部に、ガラ スからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、シ ール材 32として 0. 4重量％丁1、残部 Snの合金を超音波付与加熱コテを用レ、、シー ノレ材に超音波を印加しながら塗り付けた。
[0097] 続いて、これら第 1および第 2基板の間を 100mm開け、 5x10— 6Paの真空チャンバ 内でベーキング等の加熱処理を行った。その後、図 8に示すように、真空チャンバ 50 内において、各基板、ここでは、第 2基板 12に例えばガラス板からなるダミー基板 52 を所定の隙間を置いて対向配置する。この状態で、冷却過程で温度が基板の 120 °Cに達した際、真空チャンバ 50の壁部に設けられた透明な窓 53を通して、光フアイ バ 54で導光された YAGレーザー光をシール材 32の表面に当てながら走査した。こ の処理によりシール材 32表面に存在する酸化膜が飛散し除去される。飛散した酸化 膜はダミー基板 52に付着し捕獲される。
[0098] レーザー光の平均出力は 1. 3mJ (lパルス）、パルス半値幅： 120ns、周波数 1KH zとした。これらの値は適宜選択可能である。レーザー光の走查は、レーザー光と基 板 12とを相対移動させることにより行う。実施例では、基板 12を移動させながら、レ 一ザ一光によりシール材 32の表面を全周に渡って走査した。複数枚の基板を処理し た後、ダミー基板 52が汚れた場合は、ダミー基板のクリーニングあるいは新しいダミ 一基板との交換を行う。
[0099] 第 1基板 11上に充填されたシール材 32についても、レーザー光により上記と同様 の処理を行う。
なお、シール材 32表面の酸化物を除去する際、図 9に示すように、真空チャンバ 5 0内に配置された第 1基板 12に充填されたシール材 32に、プラズマ発生器 56から放 射されたプラズマを照射し、酸化物、ここでは、酸化膜を除去してもよい。
[0100] 次いで、シール材 32の位置が合うように第 1および第 2基板 11、 12を位置決めお よび対向させた後、シール材 32を加熱した状態で互いに密着させ、 Sn— 0. 4%Ti 合金が両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却して合金を凝固させること により、真空シール部 31を形成し側壁 13と第 1基板 11とを気密に封着した。
[0101] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 12Pa'm3/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属のシ 一ル材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らか となった。
[0102] (実施例 2)
FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1および 第 2基板を用意し、その内の 1枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガラスからなる 矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上面、および、 第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、シール材 32と して 0. 5重量％〇1：、 3重量％八§、残部 Snの合金を超音波付与加熱コテを用い、シ 一ル材に超音波を印加しながら塗り付けた。この際、基板は 200°Cに加熱されていた 。その直後、ミラーによって導光された炭酸ガスレーザーをシール材 32に当てる共に 基板を走查することにより、シール材 32表面の酸化膜を連続で除去した。第 1基板 1 1のシール材 32および側壁 13上のシール材 32の両方について、上記レーザーによ る酸化膜除去処理を行った。
[0103] これら第 1および第 2基板の間を 100mm開け、 5x10— 6Paの真空中で加熱処理し た。その後、冷却過程で温度が 250°Cに達した際、シール材との位置が合うように第 1および第 2基板を密着させ、シール材 32が両方の面に連続となるようにした。この 状態で冷却してシール材 32を凝固させることにより、真空シール部 31を形成し側壁 13と第 1基板とを気密に封着した。
[0104] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 12Pa'm3/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属のシ 一ル材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らか となった。
[0105] (実施例 3)
FEDを構成するため、それぞれ縦 65cm、横 110cmのガラス板からなる第 1基板 1 1および第 2基板 12を用意し、その内の:!枚、例えば、第 2基板の内面周縁部に、ガ ラスからなる矩形枠状の側壁 13をフリットガラスにより接合した。次いで、側壁 13の上 面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対向する所定の位置に、ス クリーン印刷装置により Ag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、幅 10mm、厚さ 10 /i mで印刷した。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する ことにより、封着部に下地層をそれぞれ形成した。
[0106] 次いで、側壁 13の上面、および、第 1基板 11の内面周縁部、つまり、側壁 13と対 向する所定の位置に、シール材 32として 43重量％81、残部 Snの合金を超音波付与 加熱コテを用いて、超音波を印加しながら下地層上に塗り付けた。この際、基板は 2 00°Cに加熱されていた。その直後、図 10に示すように、数 lOOPa程度に減圧した真 空チャンバ 50内で、シール材 32と約 15mm離して対向配置された電極 58との間に 、例えば 15kVの電圧を印加して放電を発生させるとともに、基板 12を走査すること により、シール材 32表面の酸化膜を連続的に除去した。第 1基板 11のシール材 32 および側壁 13上のシール材 32の両方について、上記放電による酸化膜の除去処 理を行った。
[0107] これら第 1および第 2基板の間を 100mm開け、 5x10— 6Paの真空中で加熱処理し た。その後、冷却過程で温度が 250°Cに達した際、シール材 32同士の位置が合うよ うに第 1基板 11および第 2基板 12を位置合わせした後に密着させ、シール材 32が 両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却してシール材 32を凝固させること により、真空シール部 31を形成し側壁 13と第 1基板 11とを気密に封着した。
[0108] その後、予め基板のコーナー部に設けておいた測定用の孔を介して真空シール特 性を評価したところ、リーク量は 1x10— 12Pa 'm3/sec以下を示し、十分なシール効果 を発揮していることが分かった。また、この測定結果と外見のいずれ力 も、金属のシ 一ル材を用いた封着に起因するガラス基板内の亀裂は発生していないことが明らか となった。
[0109] 以上のように、第 4の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 のガラス製容器の封着が可能となり、高い真空度を維持でき、信頼性の向上したシ ール材およびこれを用いた平面型の画像表示装置を得ることができる。シール材は ガラスとの界面に脆弱な反応層を形成しないことから、接合にも用いることが出来る。
[0110] 本発明は上記実施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化できる。また、上記実施形態に開 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 。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい 。更に、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。
[0111] 例えば、第 4の実施形態に係る製造方法は、第 1ないし第 3の実施形態に示した画 像表示装置のいずれにも適用可能である。本発明において、側壁、支持部材、その 他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施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。この発明は、電子源として電界放出型電子放出素子ある いは表面伝導型電子放出素子を用いたものに限らず、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の画 像表示装置にも適用可能である。
産業上の利用可能性
[0112] この発明によれば、高真空を必要とする大型の基板の封着が可能となり、高い真空 度を維持することができ、信頼性の向上したシール材、これを用いた画像表示装置、 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] 画像表示装置の真空シール部に用いるシール材であって、
Sn、あるレ、は Snに Pb、 In、 Bi、 Zn、 Ag、 Au、 Cuの融点、低下元素を少なくとも 1種 類含む基金属に少なくとも 1種類の活性金属を含有してレ、るシール材。
[2] 前記基金属中における前記活性金属の量 Tは総量で 0. 001重量％<丁である請 求項 1に記載のシール材。
[3] 前記基金属中における前記活性金属の量 Tは総量で 0. 01重量％<丁である請求 項 2に記載のシール材。
[4] 前記活性金属は、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Ta、 Y、 Ce、 Mnの少なくとも 1つを含んでいる 請求項 1又は 2に記載のシール材。
[5] 画像表示装置の真空シール部に用レ、るシール材であって、
Snあるいは Snに少なくとも 1種類の融点低下元素を含む合金に、 Snの酸化物生 成標準自由エネルギーより低い酸化物生成標準自由エネルギーを持つ金属の中か ら少なくとも 1種類を含有してレ、るシール材。
[6] 前記 Snの酸化物生成標準自由エネルギーより低い酸化物生成標準自由エネルギ 一を持つ金属は Cr、 Al、 Siの少なくとも 1種類であり、前記金属の添加量は、 0. 001
〜2Wt%の範囲である請求項 5に記載のシール材。
[7] 前記融点低下元素は、 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1つを含んでいる請求項 5又は 6 に記載のシール材。
[8] 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、
前記真空シール部は、前記所定位置に沿って充填された請求項 1ないし 3のいず れカ、 1項に記載のシール材を有し、前記シール材と前記基板との界面に活性金属の 酸化物が形成されてレ、る画像表示装置。
[9] 前記真空シール部は、超音波を付与しながら充填された前記シール材を有してい る請求項 8に記載の画像表示装置。
[10] 一方の前記基板の内面に設けられた蛍光体層と、他方の前記基板の内面上に設 けられ前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 8に記載の画 像表示装置。
[11] 前記シール材が充填される基板の表面の内、少なくとも一方の表面に、無機化合 物を含む層、もしくは、表面が酸化されている金属層が形成されている請求項 8に記 載の画像表示装置。
[12] 隙間を置いて対向配置された 2枚のガラス基板と、前記ガラス基板の所定位置を封 着し 2枚のガラス基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、
前記真空シール部は、 Snに活性金属を含有し前記所定位置に沿って充填された 封着層と、前記封着層と前記ガラス基板との界面の前記ガラス基板側に、前記封着 層の成分が拡散されてなる拡散層と、を含んでいる画像表示装置。
[13] 前記ガラス基板側に拡散された前記封着層の成分は、少なくとも Sn、および Ti、 Zr 、 Hf、 V、 Ta、 Y、 Ceの内の少なくとも 1つの活性金属を含んでいる請求項 12に記載 の画像表示装置。
[14] 前記拡散層の厚さは、 lnm〜500nmである請求項 12に記載の画像表示装置。
[15] 上記封着層における活性金属の含有量は、 3wt%未満である請求項 12に記載の 画像表示装置。
[16] 隙間を置いて対向配置された 2枚のガラス基板と、前記ガラス基板の所定位置を封 着し 2枚のガラス基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、
前記真空シール部は、 Snに活性金属を含有し前記所定位置に沿って充填された 封着層を有し、前記封着層と前記ガラス基板との界面に、前記封着層の成分が偏析 している画像表示装置。
[17] 前記界面に偏祈した偏析物は、活性金属である請求項 16に記載の画像表示装置
[18] 前記封着層の成分が偏析した部分の厚さは、 lnm〜500nmである請求項 17に記 載の画像表示装置。
[19] 前記界面に偏析した偏析物は活性金属であり、その含有量は、 2〜30wt%である 請求項 16に記載の画像表示装置。
[20] 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、 前記真空シール部は、 Snあるいは Snに少なくとも 1種類の融点低下元素を含む合 金に、 Snの酸化物生成標準自由エネルギーより低い酸化物生成標準自由エネルギ 一を持つ金属の中から選択された少なくとも 1種類を含有していることを特徴とする平 面型の画像表示装置。
[21] 前記 Snの酸化物生成標準自由エネルギーより低い酸化物生成標準自由エネルギ 一を持つ金属は Cr、 Al、 Siの少なくとも 1種類であり、前記金属の含有量は、 0. 001 〜2Wt%の範囲であることを特徴とする請求項 20に記載の平面型の画像表示装置
[22] 前記融点低下元素は、 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1つを含んでいる請求項 20又は 2
1に記載の平面型の画像表示装置。
[23] 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、
前記真空シール部は、前記所定位置に沿って充填された請求項 20に記載のシー ノレ材を有してレ、る平面型の画像表示装置。
[24] 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、
前記真空シール部は、前記所定位置に沿って封着面に形成された下地を有し、こ の下地は、 Snの酸化物生成標準自由エネルギーより低い酸化物生成標準自由エネ ルギーを持つ金属の中から少なくとも 1種類を含有している平面型の画像表示装置。
[25] 前記封着面に形成された下地は、金属あるいは無機物の粒子と低融点ガラスとの 混合体の焼成物、あるいは蒸着、スパッター等により形成された金属膜である請求項
24に記載の平面型の画像表示装置。
[26] 一方の前記基板の内面に設けられた蛍光体層と、他方の基板の内面上に設けられ 前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 20ないし 25のいず れか 1項に記載の平面型の画像表示装置。
[27] 隙間を置いて対向配置された 2枚のガラス基板と、前記ガラス基板の所定位置を封 着し 2枚のガラス基板間に密閉空間を規定した封着部と、を備え、
前記封着部は、 Snに Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の金属を含有した封着層を含 んでいる画像表示装置。
[28] 前記封着層は、 Snに Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の金属を含有したシール材に より形成されている請求項 27に記載の画像表示装置。
[29] 前記封着層は前記ガラス基板の前記所定位置に沿って充填されてレ、る請求項 27 に記載の画像表示装置。
[30] 前記封着層は、 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の金属を含有し前記所定位置に形 成された下地層と、 Snにより前記下地層に重ねて充填されたシール材とを含んでい る請求項 29に記載の画像表示装置。
[31] 前記下地層は、 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の金属を含有した金属ガラスべ一 ストである請求項 27に記載の画像表示装置。
[32] 前記 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の金属の含有量は、 0. 1ないし 10%である請 求項 27ないし 31のいずれか 1項に記載の画像表示装置。
[33] 前記 Ag、 Au、 Cuの少なくとも 1種類の金属の含有量は、 0. 5ないし 4%である請 求項 27ないし 31のいずれか 1項に記載の画像表示装置。
[34] 一方の前記基板の内面に設けられた蛍光体層と、他方の基板の内面上に設けられ 前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 27ないし 31のいず れか 1項に記載の画像表示装置。
[35] 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備えた画像表示装置の製造方法 であって、
請求項 1ないし 3のいずれ力 1項に記載のシール材を、超音波を付与しながら前記 基板の所定位置に沿って充填し、前記シール部を形成する画像表示装置の製造方 法。
[36] 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備えた画像表示装置の製造方法 であって、
少なくとも一方の基板の所定位置に沿ってシール材を充填し、
充填された前記シール材の表面を、高エネルギーのビームあるいは雰囲気を曝し てシール材表面の酸化物を除去し、
前記酸化物の除去されたシール材により前記 2枚の基板を貼り合わせ、前記真空 シール部を形成する画像表示装置の製造方法。
[37] 真空雰囲気中で、前記シール材表面の酸化物を除去した後、前記 2枚の基板を貼 り合わせる請求項 36に記載の画像表示装置の製造方法。
[38] 真空雰囲気中で、前記シール材にレーザー光を照射してシール材表面の酸化物 を除去する請求項 36に記載の画像表示装置の製造方法。
[39] 真空雰囲気中で、前記シール材にプラズマを照射してシール材表面の酸化物を除 去する請求項 36に記載の画像表示装置の製造方法。
[40] 真空雰囲気中で、前記シール材と、このシール材に対向配置された電極との間に 電圧を印加して放電を発生させ、前記シール材表面の酸化物を除去する請求項 36 に記載の画像表示装置の製造方法。
[41] 前記シール材と隙間を置いてダミー基板を対向させた状態で、前記シール材表面 の酸化物を飛散させて除去するとともに、飛散した酸化物を前記ダミー基板に付着さ せて捕獲する請求項 36ないし 39のいずれか 1項に記載の画像表示装置の製造方 法。
[42] 前記シール材に超音波を付与しながら、シール材を前記少なくとも一方の基板の 所定位置に沿って充填し、シール部を形成する請求項 36ないし 39のいずれ力 1項 に記載の画像表示装置の製造方法。
[43] 前記シール材は、 Snを主成分とし、 Ag、 Cu、 Bi、 Auを含む等の融点低下元素を 少なくとも 1種類が添加されている請求項 36ないし 39のいずれ力 1項に記載の画像 表示装置の製造方法。
[44] 前記シール材は、 Snを主成分とし、 Ti、 Cr、 Zr、 Hf、 Al、 Taを含む活性金属の少 なくとも 1種類が添加されている請求項 36ないし 39のいずれ力、 1項に記載の画像表 示装置の製造方法。
[45] 前記シール材は、 Snを主成分とし、 Ag、 Cu、 Bi、 Auを含む等の融点低下元素を 少なくとも 1種類、および Ti、 Cr、 Zr、 Hf、 Al、 Taを含む活性金属の少なくとも 1種類 が添加されてレ、る請求項 36なレ、し 39のレ、ずれか 1項に記載の画像表示装置の製造 隙間を置いて対向配置された 2枚の基板と、前記基板の所定位置を封着し 2枚の 基板間に密閉空間を規定した真空シール部と、を備え、請求項 36ないし 40のいず れか 1項に記載の画像表示装置の製造方法により製造された画像表示装置。
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