(57)【要約】【課題】高い真空度を維持し信頼性の向上した封着材、およびこれを用いた画像表示装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】画像表示装置は、隙間を置いて対向配置された第１基板１１および第２基板１２と、第１基板および第２基板の周縁部同士を互いに低融点金属材によって封着した封着部３１と、を有した外囲器を備えている。封着部は、低融点金属材の不連続な酸化物片が低融点金属層３２に混在している。【選択図】  図２
2008258068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の周縁部同士を互いに低融点金属材によって封着した封着部と、を有した外囲器を備え、
前記封着部は、前記低融点金属材の不連続な酸化物片が前記低融点金属に混在している画像表示装置。
【請求項２】
前記封着部は、第１基板上に形成された低融点金属層と第２基板上に形成された低融点金属層とを重ね合わせて形成され、前記各低融点金属層の表面に形成された酸化膜を壊して不連続な酸化物片となり、前記低融点金属層内に点在している請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記低融点金属材は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの純金属または、その合金である請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の周縁部同士を互いに低融点金属材によって封着する平面画像表示装置の製造方法であって、
前記第１基板の封着部および前記第２基板の封着部にそれぞれ低融点金属材を配置し、
前記第１および第２基板を対向配置した後、溶融させた前記低融点金属材の位置で互いに重ね合わせて封着し、
前記重ね合わされた溶融状態の低融点金属材を攪拌部材で揺動し、低融点金属材の合わせ面の酸化物の連続性を断つ画像表示装置の製造方法。
【請求項５】
隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の周縁部同士を互いに低融点金属材によって封着する平面画像表示装置の製造方法であって、
前記第１基板の封着部および前記第２基板の封着部にそれぞれ低融点金属材を配置し、
前記第１および第２基板に配置された前記低融点金属材を加熱、溶融した後、凝固させ、
前記第１および第２基板を対向配置した状態で、前記凝固した低融点金属材の位置で互いに重ね合わせ、前記低融点金属材を加熱、溶融して封着し、
前記重ね合わされた溶融状態の低融点金属材を攪拌部材で揺動し、低融点金属材の合わせ面の酸化物の連続性を断つ画像表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記重ね合わされた溶融状態の低融点金属材を通してワイヤで移動させて前記低融点金属を揺動する請求項４又は５に記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１および第２基板を、前記溶融した低融点金属材の位置で、間にシートを挟んで互いに重ね合わせ、重ね合わせた後に前記シートを引き抜いて前記低融点金属を揺動する請求項４又は５に記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記低融点金属材として、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの純金属または、その合金である請求項４ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【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封着部を有した平面型の画像表示装置およびその製造方法に関する。
【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、特に、フィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）は、基本的に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等の表示素子が組み込まれ、他方のガラス基板には表示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、表示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。電子線励起型のディスプレイにおいて、この空間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、高真空に耐える構造になっていなければならない。
【０００３】
従来、高真空に耐える構造として、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構造が提供されている（例えば、特許文献１）。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と、ガラスに歪が発生することの無い温度で処理が行なえるため、気密性が高く信頼性の高い封着を行うことができる。
【０００４】
しかし、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、封着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。
【０００５】
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℃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。Ｓｎ合金を２枚のガラスパネルの封着材として用いる考え方は、例えば、特許文献２あるいは特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３１９３４６号公報
【特許文献２】特開平１１−７７３７０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４９３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示された封着材は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封着材の要求性能に合致するものではない。また、特許文献３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、特許文献３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℃近傍に融点を持つため、ベーキング工程で必要な３００℃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封着部の内側に吸い込まれ、シール性を失ってしまう。
【０００７】
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ベーキング工程が必要であり、このベー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い。真空シールはベーキング工程を経て実施されることになるため、封着材は予め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封着部形成工程において、きわめて微小ながら通気孔を封着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。
【０００８】
Ｉｎにおいても酸化膜の形成は観察されていたが、ガラスパネルの重ね合わせ工程において酸化膜を破壊することで封着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を封着材として用いることを困難にすることが明らかとなった。
【０００９】
酸化膜の発生が封着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封着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。
【００１０】
このように、従来の技術では、封着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り封着部の連続性が欠落し、高い真空シール性を維持できなくなる問題がある。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。
【００１１】
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、信頼性の向上した画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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は、隙間を置いて対向配置された第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の周縁部同士を互いに低融点金属材によって封着した封着部と、を有した外囲器を備え、前記封着部は、前記低融点金属材の不連続な酸化物片が前記低融点金属に混在している。
【００１３】
この発明の他の形態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第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の周縁部同士を互いに低融点金属材によって封着する平面画像表示装置の製造方法であって、  
前記第１基板の封着部および前記第２基板の封着部にそれぞれ低融点金属材を配置し、前記第１および第２基板を対向配置した後、溶融した前記低融点金属材の位置で互いに重ね合わせて封着し、前記重ね合わされた溶融状態の低融点金属材を攪拌部材で揺動し、低融点金属材の合わせ面の酸化物の連続性を断つ。
【発明の効果】
【００１４】
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、信頼性の向上した画像表示装置およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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１．０〜２．０ｍｍ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。
【００１６】
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３０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、封着材としての低融点金属を含んだ真空封着部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および真空封着部３１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。
【００１７】
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く、柱状の支持部材を用いてもよい。
【００１８】
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。この蛍光体スクリーン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、アルミニウム等からなるメタルバック１８およびゲッタ膜１９が順に形成されている。
【００１９】
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が設けられている。詳細に述べると、第２基板１２の内面上には、導電性カソード層２４が形成され、この導電性カソード層上には多数のキャビティ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ャビティ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。
【００２０】
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１６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２８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。
【００２１】
次に、第１基板１１と側壁１３との間を封着した真空封着部３１について詳細に説明する。  
図２に示すように、真空封着部３１は、第１基板１１の封着位置、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、封着材により形成された封着層３２を有している。
【００２２】
本願の発明者らは、真空封着部３１に用いる封着材として持つべき特性を設定し、その条件を満たす封着構造を発見すべく種々の実験を行った。その結果、Ｓｎを主成分としてＡｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ａｕ、Ｉｎ等の融点低下元素を少なくとも１種類添加、あるいはＴｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｔａ等の活性金属を少なくとも１種類添加、あるいは融点低下元素と活性金属の両方を同時に添加した封着材を用いる。そして、封着部を形成したこの金属封着材が溶融している状態において、封着材の合わせ面を攪拌部材、例えば、ワイヤあるいはシートを用いて揺動することにより、所望の条件を満たせることを見出した。即ち、ワイヤあるいはシートを用いて溶融金属封着材を揺動させることにより、封着材表面の酸化膜が破壊されて連続性を失う。この処理により、封着部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は存在しなくなり、高真空を達成することができる。また、破壊された不連続な酸化物片が封着層３２内に混在している。これにより、封着層３２の接着強度が向上する。
【００２３】
以下、本件に関わる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１１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と対向する所定の封着位置に、封着材３３として１重量％Ｉｎ、０．４重量％Ｔｉ、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、封着材に超音波を印加しながら塗り付けた。
【００２４】
次いで、図３に示すように、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の真空中で加熱し、基板の脱ガス処理を行う。その後、冷却過程で温度が封着材３３の融点以上の温度、例えば、２４０℃に達した際、溶融した封着材３３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、Ｓｎ−１％Ｉｎ−０．４％Ｔｉ合金が両方の面に連続となるようにした。これにより、第１基板１１および第２基板１２間を封着した封着層３２を形成する。
【００２５】
なお、第１および第２基板１１、１２を加熱して封着材３３を一旦溶融させてから封着材を冷却、凝固させることで酸化物を生成させ、その後、第１および第２基板１１、１２を対向配置し、再度、封着材を加熱、溶融して封着するようにしてもよい。
【００２６】
続いて、図４および図５に示すように、直径０．１ｍｍのＳＵＳ４１０製のワイヤ４０を溶融状態の封着層３２部分に外部から外囲器内部まで貫通させ、更に、封着層に沿ってワイヤを外囲器全周について動かし、溶融した封着材合金を揺動させた。これにより、各封着材３３の表面に形成されていた酸化膜をワイヤ４０によって破壊し、不連続な酸化物片とする。その後、ワイヤ４０を引き抜き、冷却して合金を凝固させることにより、真空封着部３１を形成し、側壁１３と第１基板１１とを気密に封着した。
【００２７】
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１ｘ１０-12ａｔｍ・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からも、金属封着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。さらに、封着部分について超音波顕微鏡で観察したところ、封着層内に細かな酸化物片として分散し、連続したボイドおよび連続した酸化物が存在しないことが分かった。
【００２８】
（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１１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、封着材３３として０．５重量％Ｃｒ、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た。
【００２９】
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、冷却過程で温度が封着材３３の融点以上の温度、例えば、２５０℃に達した際、図６に示すように、封着材３３の位置で厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４のシート４２を第１基板１１と側壁１３との間に挿入した。続いて、図７（ａ）に示すように、封着材３３の位置が合うように位置合わせした状態で、シート４２を挟んで第１基板１１および側壁１３を重ね合わせた。その後、シート４２を溶融状態の封着層３２から抜き出し、溶融した封着材合金を揺動させた。これにより、各封着材３３の表面に形成されていた酸化膜をシート４２によって破壊し、不連続な酸化物片とする。この状態で基板および側壁を冷却して封着層３２を凝固させることにより、真空封着部３１を形成し側壁１３と第１基板１１とを気密に封着した。なお、シート４２は、第１および第２基板の各辺に配置し、封着層３２の全周に渡って、酸化膜の連続性を断つようにする。
【００３０】
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１ｘ１０-12ａｔｍ・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からも、金属封着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。さらに、封着部分について超音波顕微鏡で観察したところ、封着材３３の表面、つまり、合わせ面に存在していた酸化膜は連続性を失い、封着層内に細かな酸化物片として分散し、連続したボイドおよび連続した酸化物が存在しないことが分かった。
【００３１】
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、信頼性の向上した封着材およびこれを用いた平面型の画像表示装置およびその製造方法を得ることができる。
【００３２】
なお、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く、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。
【００３３】
上述した実施形態において、使用したワイヤあるいはシートはＳＵＳ材としているが、これに限定されることなく、使用温度で軟化、反応等の不具合の生じないものであれば非金属を含めどのような材質でも良い。
【００３４】
本発明において、側壁、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く、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の画像表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、この発明の実施形態に係るＦＥＤを示す斜視図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＦＥＤの断面図。
【図３】図３は、前記ＦＥＤに製造工程において、第１基板と第２基板とを対向配置した状態を示す断面図。
【図４】図４は、前記ＦＥＤに製造工程において、前記第１基板、第２基板を貼り合わせた後、ワイヤにより封着部を揺動する工程を示す平面図。
【図５】図５は、前記ＦＥＤに製造工程において、前記第１基板、第２基板を貼り合わせた後、ワイヤにより封着部を揺動する工程を示す断面図。
【図６】図６は、この発明の他の実施形態に係るＦＥＤの製造工程において、前記第１基板と第２基板との重ね合わせ部分にシートを配置した状態を示す平面図。
【図７】図７は、前記ＦＥＤに製造工程において、前記第１基板、第２基板を重ね合わせた後、シートを引き抜いて封着部を揺動する工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１０…真空外囲器、  １１…第１基板、  １２…第２基板、  １３…側壁、
１６…蛍光体スクリーン、  ２２…電子放出素子、  ３１…真空封着部、
３２…封着層、  ３３…封着材、  ４０…ワイヤ、  ４２…シート
【図１】
2008258068.tif 000003
【図２】
2008258068.tif 000004
【図３】
2008258068.tif 000005
【図４】
2008258068.tif 000006
【図５】
2008258068.tif 000007
【図６】
2008258068.tif 000008
【図７】
2008258068.tif 000009