(57)【要約】【課題】ガラス封着特性と、低熱膨張特性とを有し、更に良好なエッチング加工性を兼備する新たな金属材料を提供する。【解決手段】金属材料が少なくとも二層積層された積層金属板材において、該積層金属板材は、３０℃から１５０℃までの平均熱膨張係数５．０×１０−６／℃以下の第一の金属板材料と、３０℃から５００℃までの平均熱膨張係数５．０〜１２．０×１０−６／℃であり且つ３０℃から熱膨張曲線の傾きの変位点（ＴＡ）までの平均熱膨張係数α１と、前記変位点（ＴＡ）から５００℃までの平均熱膨張係数α２との比α２／α１が３．０以下である第二の金属板材料とが積層されているガラス封着用積層金属板材である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料が少なくとも二層積層された積層金属板材において、該積層金属板材は、３０℃から１５０℃までの平均熱膨張係数５．０×１０−６／℃以下の第一の金属板材料と、３０℃から５００℃までの平均熱膨張係数５．０〜１２．０×１０−６／℃であり且つ３０℃から熱膨張曲線の傾きの変位点（ＴＡ）までの平均熱膨張係数α１と、前記変位点（ＴＡ）から５００℃までの平均熱膨張係数α２との比α２／α１が３．０以下である第二の金属板材料とが積層されていることを特徴とするガラス封着用積層金属板材。
【請求項２】
第一の金属板材料及び第二の金属板材料は、質量％でＮｉを２５〜５２％含有したＦｅ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする請求項１に記載のガラス封着用積層金属板材。
【請求項３】
第二の金属板材料の厚みは、第一の金属板材料の厚みの１００〜３０００％であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス封着用積層金属板材。
【請求項４】
第一の金属板材料と第二の金属板材料の間には、金属乾式成膜層が形成されていること特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のガラス封着用積層金属板材。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のガラス封着用積層金属板材を用いてなるフラットパネルディスプレイ用部材であって、該フラットパネルディスプレイ用部材には複数の貫通孔が形成されていることを特徴とするフラットパネルディスプレイ用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス封着用積層金属板材及びガラス封着用積層金属板材を用いたフラットパネルディスプレイ用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパネルディスプレイと称される例えばプラズマディスプレイ（以下、ＰＤＰと記す）や、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと記す）の部品として、フラットパネルディスプレイを構成するガラスに封着される金属材料が考案されている。
例えばＦＥＤの場合、シャドウマスク或いはメタルマスクとも呼ばれる複数の貫通孔をエッチングにより形成された４２質量％Ｎｉ−６質量％Ｃｒ−Ｆｅ合金やステンレス鋼の単一材料でなる薄板が用いられている。（例えば特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６７７２０公報（段落番号［００１１］，［００２１］等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に開示される金属材料は、ガラスに封着されることからガラスとの熱膨張係数の整合性を図るためのものである。
しかしながら、例えばＦＥＤの実用製品のメタルマスクであれば、放出された電子線によって金属材料が加熱され、熱膨張を生じる。この時、従来から用いられている単一材料でなるメタルマスクではメタルマスク全体が加熱による熱膨張を起こし、色ずれ等の問題を生じる場合がある。そのため、ガラス封着特性と、低熱膨張特性とを兼備する新たな金属材料が求められている。
本発明の目的は、ガラス封着特性と、低熱膨張特性とを有し、更に良好なエッチング加工性を兼備する新たな金属材料を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、金属材料が少なくとも二層積層された積層金属板材において、該積層金属板材は、３０℃から１５０℃までの平均熱膨張係数５．０×１０−６／℃以下の第一の金属板材料と、３０℃から５００℃までの平均熱膨張係数５．０〜１２．０×１０−６／℃であり且つ３０℃から熱膨張曲線の傾きの変位点（ＴＡ）までの平均熱膨張係数α１と、前記変位点（ＴＡ）から５００℃までの平均熱膨張係数α２との比α２／α１が３．０以下である第二の金属板材料とが積層されているガラス封着用積層金属板材である。
【０００６】
好ましくは、第一の金属板材料及び第二の金属板材料は、質量％でＮｉを２５〜５２％含有したＦｅ−Ｎｉ系合金であるガラス封着用積層金属板材である。
更に好ましくは、第二の金属板材料の厚みは、第一の金属板材料の厚みの１００〜３０００％であるガラス封着用積層金属板材である。
また本発明は、上述の第一の金属板材料と第二の金属板材料の間には、金属乾式成膜層を形成しても良い。
また本発明は、上述のガラス封着用積層金属板材を用いてなるフラットパネルディスプレイ用部材であって、該フラットパネルディスプレイ用部材には複数の貫通孔が形成されているフラットパネルディスプレイ用部材である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の重要な特徴はＦＥＤにも適用可能な金属材料を積層金属板としたことにある。
積層金属材料とした理由は以下の通りである。
先ず、例えばＦＥＤに用いるメタルマスクの場合、電子の衝突を受ける面側は約５０〜１５０℃に加熱されるため、この面に３０℃から１５０℃までの平均熱膨張係数５．０×１０−６以下の第一の金属板材料を配する。これにより、電子の衝突による加熱される面側の熱膨張の増大を抑制することができる。
この範囲の熱膨張係数であれば、電子線の加熱による熱膨張の増大を抑制できるため、第一の金属板材料を３０℃から１５０℃までの平均熱膨張係数５．０×１０−６以下とした。
【０００８】
次にＦＥＤに用いるメタルマスクの場合、ガラスと封着する処理が施されるため、ガラスと密着力が高く、しかもガラスとの整合性を図れる金属板材料を配する。具体的には、第一の金属板材料の反対側には、ガラスとの封着性と熱膨張係数を整合可能な３０℃から５００℃までの平均熱膨張係数５．０〜１２．０×１０−６／℃の第二の金属板材料を配する。
第二の金属板材料の熱膨張係数が５．０〜１２．０×１０−６／℃の範囲から外れると、ガラスに封着する加熱工程でガラスとの熱膨張係数の差異が大きくなりガラス封着性が損なわれる。そのため、第二の金属板材料の熱膨張係数を３０℃から５００℃までの平均熱膨張係数５．０〜１２．０×１０−６／℃の範囲とした。
【０００９】
そして、本発明の第二の金属板材料には、上述の平均熱膨張係数の他、熱膨張曲線の変位点（ＴＡ）を挟んで、低温側の熱膨張係数と高温側の熱膨張係数が重要となる。
なお、本発明で言う熱膨張曲線の傾きの変位点（ＴＡ）とは、常温から昇温したときに描かれる熱膨張曲線が、例えばその合金にキュリー点がある場合、キュリー温度近傍において、強磁性の消失にともなって傾きを増加させ始める点として定義するものである。
そして、この変位点（ＴＡ）挟んで、低温側の熱膨張係数をα１とし、高温側の熱膨張係数をα２とした時の比、α２／α１が３．０以下と規定した。α２／α１が３．０を超える場合、変位点（ＴＡ）以上の高温側の熱膨張係数が大きく、変位点（ＴＡ）以下の低温側の熱膨張係数が小さいことを意味する。
この場合、ガラス封着時の加熱によって、変位点以上で急激な熱膨張係数の増大が起こり、ガラスとの熱膨張係数の差異が大きくなってガラス封着性が損なわれる。そのため、α２／α１が３．０以下と規定した。より好ましくはα２／α１が１．５以下であり、可能な限り１に近づけるのが良い。
【００１０】
本発明では、上述した構成により、ガラスとの封着性、熱膨張係数の整合性を図ることができる。
以上の構成により、第一の金属材料で電子の衝突による熱膨張係数の増大を防ぎながら、第二の金属板材料によりガラスとの封着性とガラスとの熱膨張係数の整合性という、従来の単一金属材料では達成し得なかった特性を兼備させることが可能となる。
なお、本発明で言う板材とは板状のものを指し、長さを問うものではなく帯状のようなものであっても本発明の板材の範疇である。
【００１１】
上述の熱膨張係数及び熱膨張特性を達成することが可能な金属材料としては、Ｎｉを適量含有するＦｅ−Ｎｉ系合金を用いるのが好ましい。
この場合、Ｎｉの含有量を質量％で２５〜５２％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金とすると良い。Ｎｉの含有量を２５〜５２％としたのはこの範囲であれば、第一、第二の金属板材料の熱膨張係数及び熱膨張特性を上記の範囲に調整し易いためである。
中でも、例えば第一の金属には主として低熱膨張係数が求められることから、Ｎｉを３５〜３７％含有する合金、３１％Ｎｉ−５％Ｃｏ−Ｆｅの合金とすると優れた低熱膨張係数とすることができる。
また、第二の金属板材料には主としてガラスとの封着性に優れた合金であり且つ熱膨張係数及び熱膨張特性が達成可能な合金を選べば良く、Ｎｉを質量％で４０〜５２％の範囲で含む４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２％Ｎｉ−６％Ｃｒ−Ｆｅ合金、５０％Ｎｉ−Ｆｅ合金を選ぶと良く、更には２９％Ｎｉ−１７Ｃｏ−Ｆｅであっても良い。
【００１２】
上述したＦｅ−Ｎｉ系合金は、エッチングによる微細な貫通孔の形成や、必要によっては黒化処理と呼ばれる酸化被膜を形成されることで、ガス放散性（素材からのガス成分の放出）を抑制したり、散乱電子の発生を抑制させることができるという効果も得ることができる。
なお、本発明で言うＦｅ−Ｎｉ系合金とはＦｅとＮｉとが主成分であることを言い、Ｎｉの一部をＣｏで置換した合金や、更にはＣｒを添加した合金であっても良い。
また、強度が求められる場合には、例えばＴｉ，Ａｌ，Ｎｂ等の強度を向上させる元素を適宜添加してもよい。
【００１３】
本発明の第一の金属板材料と第二の金属板材料との効果は上述した通りであるが、主として低熱膨張特性を求める第一の金属板材料を過度に厚くすると、第二の金属材料のガラスとの封着性が損なわれる場合がある。
そのため、第一の金属板材料を第二の金属板材料に比べて薄く形成するのが良い。このための好ましい第一の金属材料と第二の金属材料との厚みの比率は、第二の金属板材料の厚みは、第一の金属板材料の厚みの１００〜３０００％とすると良い。
この範囲であれば、第一の金属材料で電子の衝突による熱膨張係数の増大を防ぎながら、第二の金属板材料によりガラスとの封着性とガラスとの熱膨張係数の整合性という、特性をより確実に実現させることが可能となる。
【００１４】
ことろで、本発明の積層金属板材を得る方法としては、種々の方法があるが、例えばＦＥＤ用のメタルマスクの場合、数十μｍ〜数百μｍといった薄いものとなるため、第一の金属材料と第二の金属材料とを低圧下率で接合させることが可能で、高い接合力を得られる方法で製造するのが望ましい。
具体的には、特公平７−５５３８４号に記載された真空槽内で接合する金属材料の被接合面をドライエッチングによって活性化処理し、低圧下率で圧着接合する方法や、本願出願人の提案による特許第３３３９６３２号に記載した、真空槽内で、接合する金属材料の被接合面に第三の金属を乾式成膜法で付着形成させて、低圧下率で圧着接合する方法の何れかを用いるのが好ましい。
【００１５】
中でも、本願出願人の提案による特許第３３３９６３２号に記載した方法を適用すると、第一の金属板材料と第二の金属板材料の間には、金属乾式成膜層が形成されることになる。この時に、金属乾式成膜層を第一及び第二の金属板材料とはエッチング特性の異なる材質にしておけば、第一、第二の金属板材を選択エッチングすることができる。
例えば、乾式成膜層がエッチング特性が異なるものとしておくと、第一、第二の金属板材に形成する開孔径をそれぞれ異なる径とすることができるのである。例えば、第一の金属板材の厚みを薄くしておくことで、従来では達成できないような微細な貫通孔を形成することも可能である。
【００１６】
このエッチングによる開孔処理時に、乾式成膜層がエッチングをストップする層として機能し、反対側の第二の金属板材側へエッチング液が進入するのを防ぐのである。そして、第二の金属板材に所望の開孔処理を行い、最後に第一、第二の選択エッチングによって露出した乾式成膜層をエッチングで除去することで、貫通孔を形成することが可能となる。
なお、本発明で言う乾式成膜層とは、物理蒸着や化学蒸着法など、気相やプラズマを利用した乾式の成膜方法によって形成された層を指す。
具体的に言うと、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング、スパッタリング、分子線蒸着法等によって形成された金属の成膜層を言う。中でも、近年の成膜技術の高速化が著しい、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理蒸着法を用いて金属乾式成膜層を形成するのが好適である。
このような中間に金属乾式成膜層を有するガラス封着合金は、従来では考えられないレベルの微細な貫通孔を形成することができ、特にＦＥＤ用の部材として好適となる。
【００１７】
【実施例】
板厚を変化させた各種Ｆｅ−Ｎｉ系合金を第一、第二の金属板材料を用いて本願出願人の提案による特許第３３３９６３２号に記載した、真空槽内で、接合する金属材料の被接合面に第三の金属を乾式成膜法で付着形成させて、低圧下率で圧着接合する方法により、第一の金属板材料と第二の金属板材料の中間に、金属乾式成膜層としてＴｉを１μｍ付着形成させた三層積層構造のガラス封着用積層金属板材を作製した。
用いた金属板材料の材質、熱膨張係数及び熱膨張特性、厚さ、を表１に示す。なお、第二の金属板材料の変位点（ＴＡ）、α１、α２の値は、熱膨張測定用試験片を切出して熱膨張測定装置で測定した。
なお、表１に示されたＮｏ．８合金は、特許文献１に開示された４２質量％Ｎｉ−６質量％Ｃｒ−Ｆｅ合金である。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
供試材をＦｅ２Ｃｌ３溶液のスプレーエッチングにより両面から加工を行い孔形状の評価を行った。Ｔｉバリアを介した三層積層金属板については、両面のエッチングが完了したのち、フッ化アンモニウム溶液にてＴｉ層の除去を行った。図１及び図２に模式図を示す。
エッチング孔形状の異常の有無はエッチング孔２００個について顕微鏡を用いて観察した。エッチング孔２００個の表裏面について行い、全ての輪郭形状に異常がなかったものを◎、９５％以上が輪郭形状に異常なかったものを○、９０％以上が輪郭形状に異常なかったものを△、エッチング孔２００個のうち輪郭形状が１０％を超える割合で異常があるものを×と評価した。
なお、単一材料Ｎｏ．８については、表裏面それぞれのエッチング孔開孔径の正確な調整は困難であり、２００μｍφの貫通孔を第二の金属板材両側から形成した。
【００２０】
次に、封止用ガラスと貫通孔を形成した上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８までのガラス封着用積層金属板材を加熱により接合し、ガラス封着性を評価した。
評価は、目視で行い、従来から用いられてきたＮｏ．８合金を基準として、ガラスと金属材料とがＮｏ．８合金レベルに封着されているものには○を、一部に未完全な封着状態を示したものについては×印をもって示した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２に示すように、本発明のＮｏ．１〜Ｎｏ．６までのガラス封着用積層金属板材は、従来材（Ｎｏ．８）と同等かそれ以上のエッチング特性とガラス封着性を兼備していることが分かる。
しかも、積層構造により、従来材と比較し低熱膨張特性を実現していることが表１から理解できる。
特に、本発明のガラス封着用積層金属板材をＦＥＤ用の部材として用いられるメタルマスクに適用すれば、電子の衝突に起因した熱膨張係数の増大も抑制できる。
なお、上記表２に示す輪郭異常は、円形形状の一部に欠けや出っ張りが見られた程度であった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、積層構造としたことで、ガラス封着特性と、低熱膨張特性とを有し、更に良好なエッチング加工性を兼備することができ、新たなガラス封着用積層金属板として、これを用いればＦＥＤ用の部材として最適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス封着用積層金属板材の一例を示す平面模式図である。
【図２】本発明のガラス封着用積層金属板材の一例を示す断面模式図である。
【図１】
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【図２】
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