(57)【要約】【課題】封着部におけるクリープの発生を防止し、気密性および信頼性の向上した画像表示装置を提供することにある。【解決手段】背面基板１２、およびこの背面基板に対向配置された前面基板１１を有した外囲器１０を備えている。前面基板および背面基板は封着層３３を介して周辺部が封着され、この封着層は、主成分である第１金属材料と、第１金属材料と硬度の異なる少なくとも１つの第２材料とが混在して形成されている。【選択図】　　図３
2004022189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有した外囲器を備え、
上記前面基板および上記背面基板は封着層を介して周辺部が封着され、この封着層は、主成分である第１金属材料と、第１金属材料よりもクリープ耐性の高い少なくとも１つの第２材料とが混在して形成されてことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記第１金属材料は、第２材料と異なる組成あるいは同じ組成で異なる成分比率を有していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記第１金属材料は、ほぼ１種類の金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
上記第１金属材料は、Ｉｎを主成分として含んでいることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】
上記第２材料は、上記第１金属材料よりも高融点の金属を含む析出相であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
上記第２材料は、少なくともＳｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏのいずれか１つを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項７】
上記第２材料は、ＳｉＯ２系の無機材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニア、酸化チタンのいずれかを含み、上記第１金属材料よりも高い融点を有していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項８】
上記封着層が溶融した時の粘性は、上記第１金属材料のみが同じ温度で溶融した時の粘性よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項９】
上記第２材料は、上記第１金属材料を構成する主な金属を含み、かつこの金属の含有比率が第１金属材料よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
上記第２材料は、Ａｇを１５％以上含有していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
上記第２材料は、上記第１金属材料中で円あるいは楕円形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
上記第２材料は、上記第１金属材料中で針状形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
上記第２材料の粒径は、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対向配置された一対の基板を有する外囲器を備えた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な画像表示装置が開発されている。このような画像表示装置には、液晶の配向を利用して光の強弱を制御する液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと称する）、プラズマ放電の紫外線により蛍光体を発光させるプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと称する）、電界放出型の電子放出素子から放出された電子ビームにより蛍光体を発光させるフィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、表面伝導型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させる表面伝導電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）などがある。
【０００３】
例えばＦＥＤやＳＥＤでは、一般に、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周辺部同士を互いに接合することにより真空の外囲器を構成している。前面基板の内面には蛍光体スクリーンが形成され、背面基板の内面には蛍光体を励起して発光させる電子放出源として多数の電子放出素子（以下、エミッタと称する）が設けられている。
【０００４】
また、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には複数の支持部材が配設されている。背面基板側の電位はほぼアース電位であり、蛍光面にはアノード電圧Ｖａが印加される。そして、蛍光体スクリーンを構成する赤、緑、青の蛍光体にエミッタから放出された電子ビームを照射し、蛍光体を発光させることによって画像を表示する。
【０００５】
このようなＦＥＤやＳＥＤでは、表示装置の厚さを数ｍｍ程度にまで薄くすることができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されているＣＲＴと比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＦＥＤやＳＥＤでは、外囲器の内部を高真空にすることが必要となる。また、ＰＤＰにおいても、外囲器内を一度真空にしてから放電ガスを充填する必要がある。
【０００７】
外囲器を真空にする方法としては、まず、外囲器の構成部材である前面基板、背面基板、および側壁を適当な封着材料により大気中で加熱して接合し、その後、前面基板または背面基板に設けた排気管を通して外囲器内を排気した後、排気管を真空封止する方法がある。しかし、平面型の外囲器では排気管を介した排気速度は極めて小さく、到達できる真空度も悪いため、量産性および特性面に問題がある。
【０００８】
この問題を解決する方法として、例えば特開２０００−２２９８２５号公報には、外囲器を構成する前面基板および背面基板の最終組立を真空槽内にて行う方法が示されている。
【０００９】
この方法では、まず、真空槽内に持ち込まれた前面基板および背面基板を十分に加熱しておく。これは、外囲器真空度を劣化させる主因となっている外囲器内壁からのガス放出を軽減するためである。次に、前面基板および背面基板が冷えて真空槽内の真空度が十分に向上したところで、外囲器真空度を改善、維持させるためのゲッター膜を蛍光面スクリーン上に形成する。その後、封着材料が溶解する温度まで前面基板および背面基板を再び加熱し、前面基板および背面基板を所定の位置に組み合わせた状態で封着材料が固化するまで冷却する。
【００１０】
このような方法で作成された真空外囲器は、封着工程と真空封止工程を兼ねるうえ、排気に伴う多大な時間が要らず、かつ、極めて良好な真空度を得ることができる。また、封着材料としては、封着、封止一括処理に適した低融点金属材料を使用することが望ましい。
【００１１】
一方、平面型の画像表示装置では、封着後、前面基板と背面基板との位置関係が一定に保たれないと、画像領域に色ズレが発生してしまう。このような位置ずれの原因として、封着部のクリープが考えられ、大型サイズの画像表示装置の量産において高い歩留りを得るためには、クリープの発生を防止する必要がある。
【００１２】
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、封着部におけるクリープの発生を防止し、気密性および信頼性の向上した画像表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有した外囲器を備え、上記前面基板および上記背面基板は封着層を介して周辺部が封着され、この封着層は、主成分である第１金属材料と、第１金属材料よりもクリープ耐性の高い少なくとも１つの第２材料とが混在して形成されている。
【００１４】
上記のように構成された画像表示装置によれば、封着層内に主成分よりもクリープ耐性の高い材料を含有させることで、封着層のクリープあるいは塑性変形を抑制することができ、気密性および信頼性の向上し、かつ、色ずれのない高画質な画像表示装置を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の画像表示装置をＦＥＤに適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１ないし図３に示すように、このＦＥＤは、絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は約１．５〜３．０ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。そして、前面基板１１および背面基板１２は、矩形枠状の側壁１８を介して周縁部同士が接合され、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１０を構成している。
【００１６】
真空外囲器１０の内部には、背面基板１２および前面基板１１に加わる大気圧荷重を支えるため、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。
【００１７】
図４に示すように、前面基板１１の内面上には蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、青、緑の３色に発光するストライプ状の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、およびこれらの蛍光体層間に位置した非発光部としてのストライプ状の黒色光吸収層２０を並べて構成されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ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置いて配置されている。なお、蛍光体スクリーン１６上には、メタルバックとして図示しないアルミニウム層が蒸着されている。
【００１８】
図３に示すように、背面基板１２の内面上には、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電界放出型の電子放出素子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。
【００１９】
詳細に述べると、背面基板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、背面基板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。その他、背面基板１２上には、電子放出素子２２に接続された図示しないマトリックス状の配線等が形成されている。
【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。
【００２１】
このように蛍光体スクリーン１６には高電圧が印加されるため、前面基板１１、背面基板１２、側壁１８、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。また、後述するように、背面基板１２と側壁１８との間は、フリットガラス等の低融点ガラス３０によって封着され、前面基板１１と側壁１８との間は、封着面上に形成された下地層３１とこの下地層上に形成されたインジウム層３２とが融合した封着層３３によって封着されている。
【００２２】
次に、上記のように構成されたＦＥＤの製造方法について詳細に説明する。
まず、前面基板１１となる板ガラスに蛍光体スクリーン１６を形成する。これは、前面基板１１と同じ大きさの板ガラスを準備し、この板ガラスにプロッターマシンで蛍光体層のストライプパターンを形成する。この蛍光体ストライプパターンが形成された板ガラスと前面基板用の板ガラスとを位置決め治具に載せて露光台にセットし、露光、現像して蛍光体スクリーン１６を生成する。
【００２３】
続いて、背面基板用の板ガラスに電子放出素子２２を形成する。この場合、板ガラス上にマトリックス状の導電性カソード層を形成し、この導電性カソード層上に、例えば熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法により二酸化シリコン膜の絶縁膜を形成する。
【００２４】
その後、この絶縁膜上に、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法によりモリブデンやニオブなどのゲート電極形成用の金属膜を形成する。次に、この金属膜上に、形成すべきゲート電極に対応した形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。このレジストパターンをマスクとして金属膜をウェットエッチング法またはドライエッチング法によりエッチングし、ゲート電極２８を形成する。
【００２５】
次に、レジストパターン及びゲート電極をマスクとして絶縁膜をウェットエッチングまたはドライエッチング法によりエッチングして、キャビティ２５を形成する。そして、レジストパターンを除去した後、背面基板表面に対して所定角度傾斜した方向から電子ビーム蒸着を行うことにより、ゲート電極２８上に、例えばアルミニウムやニッケルからなる剥離層を形成する。この後、背面基板表面に対して垂直な方向から、カソード形成用の材料として、例えばモリブデンを電子ビーム蒸着法により蒸着する。これによって、各キャビティ２５の内部に電子放出素子２２を形成する。続いて、剥離層をその上に形成された金属膜とともにリフトオフ法により除去する。
【００２６】
次に、電子放出素子２２の形成された背面基板１２の周縁部と矩形枠状の側壁１８との間を、大気中で低融点ガラス３０により互いに封着する。その後、背面基板１２と前面基板１１とを側壁１８を介して互いに封着する。この場合、図５に示すように、まず、封着面となる側壁１８の上面、および前面基板１１の内面周縁部上に、それぞれ下地層３１を全周に亘って所定幅に形成する。続いて、各下地層３１の上に、金属封着材料としてのインジウムを塗布し、それぞれ下地層の全周に亘って延びたインジウム層３２を形成する。
【００２７】
なお、金属封着材料としては、融点が約３５０℃以下で密着性、接合性に優れた低融点金属材料を使用することが望ましい。本実施の形態で用いるインジウム（Ｉｎ）は、融点１５６．７℃と低いだけでなく、蒸気圧が低い、軟らかく衝撃に対して強い、低温でも脆くならないなどの優れた特徴がある。しかも、条件によってはガラスに直接接合することができる。
【００２８】
下地層３１は、金属封着材料に対して濡れ性および気密性の良い材料、つまり、金属封着材料に対して親和性の高い材料を用いる。下地層３１としては、銀ペーストの他、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属ペーストを用いることができる。
【００２９】
次に、封着面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された前面基板１１と、背面基板１２に側壁１８が封着されているとともにこの側壁上面に下地層３１およびインジウム層３２が形成された背面側組立体とを、図６に示すように、封着面同士が向かい合った状態で、かつ、所定の距離をおいて対向した状態で治具等により保持し、真空処理装置に投入する。
【００３０】
図７に示すように、この真空処理装置１００は、順に並んで設けられたロード室１０１、ベーキング、電子線洗浄室１０２、冷却室１０３、ゲッター膜の蒸着室１０４、組立室１０５、冷却室１０６、およびアンロード室１０７を有している。これら各室は真空処理が可能な処理室として構成され、ＦＥＤの製造時には全室が真空排気されている。また、隣合う処理室間はゲートバルブ等により接続されている。
【００３１】
所定の間隔をおいて対向した背面側組立体および前面基板１１は、ロード室１０１に投入され、ロード室１０１内を真空雰囲気とした後、ベーキング、電子線洗浄室１０２へ送られる。べーキング、電子線洗浄室１０２では、１０−５Ｐａ程度の高真空度に達した時点で、背面側組立体および前面基板１１を３００℃程度の温度に加熱してベーキングし、各部材の表面吸着ガスを十分に放出させる。
【００３２】
この温度ではインジウム層（融点約１５６℃）３２が溶融する。しかし、インジウム層３２は親和性の高い下地層３１上に形成されているため、インジウムは流動することなく下地層３１上に保持され、電子放出素子２２側や背面基板１２の外側、あるいは蛍光体スクリーン１６側への流出が防止される。
【００３３】
また、ベーキング、電子線洗浄室１０２では、加熱と同時に、ベーキング、電子線洗浄室１０２に取り付けられた図示しない電子線発生装置から、前面基板１１の蛍光体スクリーン面、および背面基板１２の電子放出素子面に電子線を照射する。この電子線は、電子線発生装置外部に装着された偏向装置によって偏向走査されるため、蛍光体スクリーン面、および電子放出素子面の全面を電子線洗浄することが可能となる。
【００３４】
加熱、電子線洗浄後、背面基板側組立体および前面基板１１は冷却室１０３に送られ、例えば約１００℃の温度の温度まで冷却される。続いて、背面側組立体および前面基板１１はゲッター膜を形成する蒸着室１０４へ送られ、ここで蛍光体スクリーンの外側にゲッター膜としてＢａ膜が蒸着形成される。このＢａ膜は、表面が酸素や炭素などで汚染されることが防止され、活性状態を維持することができる。
【００３５】
次に、背面側組立体および前面基板１１は組立室１０５に送られ、ここで２００℃まで加熱されインジウム層３２が再び液状に溶融あるいは軟化される。この状態で、前面基板１１と側壁１８とを接合して所定の圧力で加圧した後、インジウムを除冷して固化させる。これにより、前面基板１１と側壁１８とが、インジウム層３２および下地層３１を融合した封着層３３によって封着され、真空外囲器１０が形成される。
【００３６】
このようにして形成された真空外囲器１０は、冷却室１０６で常温まで冷却された後、アンロード室１０７から取り出される。以上の工程により、ＦＥＤが完成する。
【００３７】
以上のように構成されたＦＥＤおよびその製造方法によれば、真空雰囲気中で前面基板１１、および背面基板１２の封着を行うことにより、ベーキングおよび電子線洗浄の併用によって基板の表面吸着ガスを十分に放出させることができ、ゲッター膜も酸化されず十分なガス吸着効果を得ることができる。これにより、高い真空度を維持可能なＦＥＤを得ることができる。
【００３８】
また、封着材料としてインジウムを使用することにより、フリットガラスで封着した場合のように、真空中で発泡することなく、気密性および封着強度の高いＦＥＤパネルを得ることが可能となる。同時に、インジウム層３２の下に下地層３１を設けることにより、封着工程においてインジウムが溶融した場合でもインジウムの流出を防止し所定位置に保持することができる。このようにしてＦＥＤを作製することで、気密性の高い真空外囲器１０が得られる。
【００３９】
一方、上記のように構成されたＦＥＤにおいて、図８に示すＴＥＭ像のように、封着層３３は、その内部に、大きさが数μオーダーの楕円形状部５０がほぼ均一に点在した構造となる。この楕円形状部５０の粒径は、約０．１〜１０μｍとなっている。図９ないし図１１は、図８に示したＴＥＭ像の分析点ｂ１、ｂ３、ｂ４におけるＥＤＸ分析データをそれぞれ示している。これらの図から、楕円形状部５０（分析点ｂ３、ｂ４）の組成は、インジウムが約７０％、銀が約３０％からなるＩｎＡｇ合金であることがわかる。また、分析点ｂ１の組成はインジウムが約９９．７％で銀が約０．３％であることが分かる。このような封着層３３中の銀は、真空加熱時、下地層の銀ペーストからインジウムに拡散されて供給される。
【００４０】
ＩｎＡｇ合金は、Ａｇ含有量が多い程、硬度が高くなる特性をもっている。そのため、銀を約３０％含むＩｎＡｇ合金からなる楕円形状部５０は、封着層３３の他の領域と比較して硬度が高くなっている。従って、封着層３３に多少の応力が作用した場合でも、前面基板１１と背面基板１２との間におけるクリープの発生を防止することができる。同時に、封着層３３の材料が溶融した時の粘性は、インジウムのみが同じ温度で溶融した時の粘性よりも高く、溶融した封着材料の流出を一層確実に防止することができる。
【００４１】
このように、封着層３３は、この封着層の主成分である第１金属材料、つまり、インジウムに、第１金属材料よりも硬度および融点の高い第２材料、つまり、ＩｎＡｇを分散した構造を有している。ここで、主成分とは、封着材料における重量％が５０％以上の成分を示している。
【００４２】
第２材料としては、第１金属材料と異なる組成あるいは同一の組成で異なる成分比率を有した材料が用いられる。また、第２材料は、第１金属材料よりも高融点である金属を含む析出相である。このような第２材料としては、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏのいずれかの金属やガラス紛を含む材料を用いることができ、また、ＳｉＯ２系の無機材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニア、酸化チタニア等を用いることができる。
【００４３】
上述の実施の形態における第２材料としてのＩｎＡｇは、第１金属材料を構成する主な金属Ｉｎを含み、かつこの金属の含有比率が第１金属材料より低くなっている。また、ＩｎＡｇは、Ａｇを１５％以上含有している。そして、以上のように、真空外囲器１０の封着層３３を形成する封着材料に高硬度の材料を含有させることでクリープの発生を防止し、５０インチ以上の大型の場合でも、気密性および信頼性の向上し、かつ、色ずれのない高画質なＦＥＤを実現することができる。
【００４４】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態において、銀ペーストからなる下地層を設けることにより封着層に銀を含む第２材料を析出させる構成としたが、予めインジウムに銀を含有させた封着材料を用いて封着する構成としてもよい。また、下地層は、前面基板または側壁のどちらか一方に設ける構成としてもよい。更に、第２材料は、第１金属材料中で楕円形状を有した構成としたが、これに限らず、円形あるいは針形状としてもよい。
【００４５】
その他、上述した実施の形態では、電子放出素子として電界放出型の電子放出素子を用いたが、これに限らず、ｐｎ型の冷陰極素子あるいは表面伝導型の電子放出素子等の他の電子放出素子を用いてもよい。また、この発明は、プラズマ表示パネル（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）等の他の画像表示装置にも適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、クリープの発生を抑制し、気密性および信頼性の向上し、かつ、色ずれのない高画質な画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視図。
【図２】上記ＦＥＤの前面基板を取り外した状態を示す斜視図。
【図３】図１の線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図４】上記ＦＥＤの蛍光体スクリーンを示す平面図。
【図５】上記ＦＥＤの真空外囲器を構成する側壁の封着面および前面基板の封着面に下地層およびインジウム層を形成した状態を示す斜視図。
【図６】上記封着部に下地層およびインジウム層が形成された背面側組立体と前面基板とを対向配置した状態を示す断面図。
【図７】上記ＦＥＤの製造に用いる真空処理装置を概略的に示す図。
【図８】上記ＦＥＤの封着層のイオンミリング法によるＴＥＭ観察画像。
【図９】図８における上記封着層の分析点ｂ１のＥＤＸ分析データを示す図。
【図１０】上記封着層界付近の分析点ｂ３のＥＤＸ分析データを示す図。
【図１１】上記封着層界付近の分析点ｂ４のＥＤＸ分析データを示す図。
【符号の説明】
１０…真空外囲器
１１…前面基板
１２…背面基板
１４…支持部材
１６…蛍光体スクリーン
１８…側壁
２２…電子放出素子
３０…低融点ガラス
３１…下地層
３２…インジウム層
３３…封着層
５０…楕円形状部
１００…真空処理装置
【図１】
2004022189.tif 000003
【図２】
2004022189.tif 000004
【図３】
2004022189.tif 000005
【図４】
2004022189.tif 000006
【図５】
2004022189.tif 000007
【図６】
2004022189.tif 000008
【図７】
2004022189.tif 000009
【図８】
2004022189.tif 000010
【図９】
2004022189.tif 000011
【図１０】
2004022189.tif 000012
【図１１】
2004022189.tif 000013