(57)【要約】【課題】密閉空間を形成するための枠材料を形状自由度が高くなおかつ安価なものとする複合材料、複合材料を用いた画像表示装置、および複合材料の製造方法を提供する。【解決手段】隙間を置いて対向配置された２枚のガラス基板１１、１２と、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３３と、を備えている。封着部は、ガラスとの濡れ性を有したシール金属と、シール金属の融点近傍において、溶解度を持たない固体材料と、を有した複合材料４０により形成され、この複合材料は、溶融したシール金属に粒状の固体材料を混合し、所望形状に成形して形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、ガリウムおよびそれらを主成分とする合金の少なくとも１つを含みガラスとの濡れ性を有したシール金属と、鉄および鉄を主成分とする合金の少なくとも１つを含み、前記シール金属の融点近傍において、溶解度を持たない固体材料と、を有し、前記固体材料をシール金属で被覆してなる複合材料。
【請求項２】
前記固体材料は粉末状であることを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
ガラスとの濡れ性を有したシール金属と、前記シール金属の融点近傍において、溶解度を持たない固体材料と、を有した複合材料であって、溶融した前記シール金属に粒状の前記固体材料を混合し、所望形状に成形して形成された複合材料。
【請求項４】
前記シール金属は、インジウム、ガリウムおよびそれらを主成分とする合金の少なくとも１つを含む金属であり、前記固体材料は、鉄および鉄を主成分とする合金の少なくとも１つを含む固体材料である請求項３に記載の複合材料。
【請求項５】
前記固体材料は当該複合材料中で相互に独立していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項６】
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同士を封着し２枚のガラス基板間に密閉空間を規定した枠状の封着部と、を備え、
前記封着部は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の複合材料により形成されている画像表示装置。
【請求項７】
一方の前記ガラス基板の内面に設けられた蛍光体層と、他方のガラス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６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法において、
シール金属を溶融させ、
前記溶融したシール金属に粒状の固体材料を混合して固体材料をシール金属により被覆し、
前記シール金属で被覆された固体材料を、所定の形状の開孔を有する金型に装填し、前記開孔を通して押し出すことにより所定形状の複合材料を形成することを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法において、
シール金属を溶融させ、
前記溶融したシール金属に粒状の固体材料を混合して固体材料をシール金属により被覆し、
前記シール金属で被覆された固体材料を所定の形状の金型に装填し、前記金型により所定形状の複合材料をプレス成形することを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記シール金属により固体材料を被覆する工程は、還元ガス中あるいは真空中で、前記固体材料の表面が活性化し前記シール金属との濡れ性が生じる温度に、前記粒状の固体材料およびシール金属を一緒に加熱することを特徴とする請求項９に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１１】
前記シール金属により固体材料を被覆する工程は、前記粒状の固体材料およびシール金属を共通の容器に充填し、３００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１０に記載の複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、平面型画像表示装置を構成する２枚のガラス部材の間に挟まれ、画像表示装置に必要な素子を配備するための空間を確保すると共に、この素子の性能を発揮するための高真空を維持するための枠材料として用いる複合材料、複合材料を用いた画像表示装置、および複合材料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の平面型画像表示装置は基本的に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が組み込まれ、他方のガラス基板には該素子に対向する面に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。電子線励起型の画像表示装置において、上記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共に、高い真空に耐える構造となっている必要がある。
【０００３】
従来、このような構造を形成するため、ガラス基板と同じガラス材料からなりガラス基板の全周に合わせた形状の枠体を形成し、この枠体をガラス系の接着剤で一方のガラス基板に接着し、他のガラス基板とはインジウム、ガリウムのようなガラスとの濡れ性を有する金属を用いて接着および真空シールを果たすようになっている（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ため、気密性の高い封着が可能となる。
【０００４】
ところが、上記枠体はガラス基板と同一形状の板ガラスから切り出すことによって製造されるため極めて高価なものとなっている。このことは、平面型画像表示装置が工業製品として安価に提供できない一つの要因となっている。
【０００５】
そこで、上記枠体の安価な材料への転換が求められるが、このような枠体は素材単価だけで決定されるものではなく、画像表示装置製造工程に見合った方法で導入できるものでないと、結果として逆にコストが上昇することもある。その最も大きな要素は真空シール工程である。従来の真空シール工程では、一方のガラス基板に予め接合されたガラス枠と他方のガラス基板との接合で良いが、代替材料を用いる場合には、２枚のガラス基板に対して２箇所同時にシール性を発揮しなければならない。高い信頼性で高真空度を達成するためには、ガラスに接触する部分に必要量のシール金属が確保できる構成でなくてはならない。
【０００６】
しかしながら、単純な材料構成の枠材にシール金属を必要量保持させて提供することは、低コスト化に反する問題を抱えている。すなわち、シール金属のシール効果を得るためには、シール金属を一旦溶融して液体状態を経ることが必要となる。この際、金属の流動による遍在を補償するためには、シール金属を枠材表面に１００μ以上の厚さで設けることが望ましい。このような厚い金属膜を被覆する技術としては、電気メッキ、溶射、蒸着等が考えられるが、いずれの方法においても素材費よりも施工費のほうがはるかに高く、本来の目的である安価なシール材料の提供が困難となる。
【０００７】
一方、このような複数の機能を同時に発揮する材料概念として複合材料が古くから利用されている。低コスト化の要求に対応する形態に近い材料としては、電気接点に利用されているエルコナイトと呼ばれる材料がある。これは、銅とタングステン（あるいはモリブデン）からなるもので、タングステン（あるいはモリブデン）の骨格の中に銅が充填されている。エルコナイトの製造方法は銅とタングステンを粉末の状態で混合して圧粉後焼結するか、焼結された多孔質のタングステンに溶融した銅を含浸させるかのいずれかの方法がとられる。
【特許文献１】特開２００２−３１９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した複合材料の製造方法において、前者の方法では目的とするシール金属が不連続に存在することになり、たとえ溶解してもシール面で連続になることは無く、効果的なシールを期待することが難しい。また、後者の方法で製造する場合、多孔質の骨格は基本的に剛体であり、多大な力をかけない限りシールの際に必要とされる変形を期待することはできない。このように、従来の技術では、複合材料が提案されているものの、要求に沿う材料を得ることは難しい。
【０００９】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、密閉空間を形成するための枠材料として、形状自由度が高くなおかつ安価に製造することが可能な複合材料、この複合材料を用いた画像表示装置、および複合材料の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の発明者らは枠材料の持つべき特性とあるべき構造を想定し、それを具現化する方法を確立するために種々の実験を行った。その過程において、ある特定の条件下においては、お互いに結合していない固体材料の集合体において、固体材料表面を伝わって溶融した金属がこの集合体中を毛細管現象ではなく、表面を濡らしながら浸透して行く現象を見出した。
【００１１】
そこで、この発明の形態に係る複合材料は、インジウム、ガリウムおよびそれらを主成分とする合金の少なくとも１つを含みガラスとの濡れ性を有したシール金属と、鉄および鉄を主成分とする合金の少なくとも１つを含み、前記シール金属の融点近傍において、溶解度を持たない固体材料と、を有し、前記固体材料をシール金属で被覆して形成されている。
【００１２】
また、この発明の態様に係る複合材料は、ガラスとの濡れ性を有したシール金属と、前記シール金属の融点近傍において、溶解度を持たない固体材料と、を有した複合材料であって、溶融した前記シール金属に粒状の前記固体材料を混合し、所望形状に成形して形成されている。
【００１３】
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２枚のガラス基板と、前記ガラス基板の所定位置同士を封着し２枚のガラス基板間に密閉空間を規定した枠状の封着部と、を備え、前記封着部は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の複合材料により形成されている。
【００１４】
この発明に係る複合材料の製造方法は、シール金属を溶融させ、前記溶融したシール金属に粒状の固体材料を混合して固体材料をシール金属により被覆し、前記シール金属で被覆された固体材料を、所定の形状の開孔を有する金型に装填し、前記開孔を通して押し出すことにより、あるいは、前記シール金属で被覆された固体材料を所定の形状の金型に装填し、前記金型によってプレス成形することにより、所定形状の複合材料を形成している。
【００１５】
前記複合材料およびその製造方法において、固体材料の選定は重要な因子であり、溶融したシール金属と濡れることはあっても溶出することがない材料である必要がある。即ち、シール金属としてインジウムを選定した場合、金、銀、銅、アルミニウム、錫、亜鉛、アンチモン等の材料とはインジウムの融点直上である約２００℃程度の温度でインジウムに対する溶解度を持ち、温度に応じてインジウムに溶出する。このような材料の組み合わせではインジウムの凝固時点で固体材料同士の結合が生じ、結果として剛体となり真空シール時に要求される柔軟性を確保できない。これに対して、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン等の材料では、５００℃程度まで温度を上昇させても溶融したインジウム中に溶出することはなく、製造工程中に固体粒子同士が結合することは無い。本発明において、シール金属の融点近傍の温度で、溶解度を有さない固体材料とは、全く溶けないという意味ではなく、シール金属の性質に変化を与えるほどの溶解度を有していないことを示している。
【００１６】
前記構成の複合材料およびその製造方法によれば、シール金属を被覆する際、固体粒子とシール金属との割合を選ぶことにより、必要十分な厚さの被覆を大量にかつ容易に得ることができる。また、この工程において処理温度を固体粒子の焼結温度以下に保つことによって固体材料同士の結合を防ぐことができる。これにより、最終の複合材料に十分な変形能を与えることができる。シール金属は、通常、固体潤滑材料としても有用材料であるため、後工程である押し出し加工において易加工性を発揮することになり、極めて生産性が高くなる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、密閉空間を形成するための枠材料として、形状自由度が高くなおかつ安価に製造することが可能な複合材料、この複合材料を用いた画像表示装置、および複合材料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】
【００１８】
以下図面を参照しながら、この発明に係る複合材料を用いた画像表示装置を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の隙間をおいて対応配置されている。第１基板１１および第２基板１２は、後述する複合材料からなる矩形枠状のスペーサ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。封着部３３として機能するスペーサ１３は、第１基板１１および第２基板１２の内面周縁部同士を気密に封着および接合し、第１および第２基板間に密閉空間を規定している。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、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。
【００２３】
次に、第１基板１１内面周縁部と第２基板１２の内面周縁部との間を封着した封着部３３について詳細に説明する。  
図１ないし図３に示すように、封着部３３を構成するスペーサ１３は複合材料４０により矩形枠状に形成され、各基板の内面周縁部に沿って配設されているとともに、各基板の内面に気密に封着されている。複合材料４０は、主体となる粒状の固体材料、すなわち、固体粒子４２を、ガラスとの濡れ性を有したシール金属４４により被覆して形成されている。固体粒子４２としては、シール金属４４の融点近傍において、溶解度を持たない固体材料、例えば、鉄および鉄を主成分とする合金の少なくとも１つを含み材料により構成されている。シール金属４４としては、インジウム、ガリウムおよびそれらを主成分とする合金の少なくとも１つを含む金属を用いている。
【００２４】
そして、複合材料４０は、溶融したシール金属４４に固体粒子４２を混合し、所望形状、例えば、線状、板状、あるいは条に形成され、ここでは矩形枠状に成形されている。複合材料４０において、固体粒子４２は互いに溶け合って結合することなく、相互に独立してシール金属４４内に位置している。多数の固体粒子４２間にはシール金属４４が気密に充填され、固体粒子はシール金属を介して互いに接続され集合体を構成している。固体粒子４２は、互いに結合していなければ、互いに接触した状態でシール金属内に分布していてもよい。
【００２５】
ＦＥＤの製造工程において、矩形枠状に成形された複合材料４０は、第１基板１１の内面周縁部と第２基板１２の内面周縁部との間に配置され、通電加熱等の方法により所定の温度に加熱される。すると、シール金属４４が溶融し、第１基板１１および第２基板の内面に封着される。この際、シール金属４４内には複合材料４０の主体となる固体粒子４２が配置されているため、シール金属が溶融した状態でも、複合材料４０は矩形枠状を維持する。その後、複合材料４０を冷却しシール金属４４を固化させることにより、第１基板１１および第２基板１２の周縁部同士を封着し、且つ、これらの基板間に密閉空間を規定した封着部３３が形成される。
【００２６】
次に、複合材料４０は製造方法について、実施例を参照して説明する。  
（実施例１）  
所定の容器としてアルミナ製のボートを用意する。このボートに固体粒子４２として電界鉄粉２００ｇを入れ、その上にシール金属４４としてインジウムの粒を５０ｇを載置した後、ボート全体を水素炉内に装填した。水素炉を毎分２０℃の速度で４５０℃に昇温し、５分間保持した。次いで、ボートを還元ガスである水素中で低温部へ移動して冷却した後、水素炉から取り出した。これにより、インジウムにより表面が覆われた鉄粉からなるスポンジ状の塊である複合材料素体を得た。
【００２７】
続いて、図４に示すように、一端部に３ｍｍｘ１．５ｍｍの矩形の開孔４６が形成された押し出し用金型４８を用意し、この金型内に複合材料素体５０を装填した。次いで、押し出し冶具５２により複合材料素体５０を加圧し、開孔４６から金型外部に押し出した。この工程により３ｍｍｘ１．５ｍｍの矩形断面を有した長さ６ｍの鉄−インジウム複合材料条を得ることができた。
【００２８】
この条を矩形枠状に曲げ加工してスペーサ１３を形成した。このスペーサ１３を、予めインジウムが所定の位置に薄く被覆された２枚のガラス基板の間に挟み、真空中で２００℃に加熱すると共に１平方ｃｍあたり１０ｇの圧力を与えて封着を行なった。スペーサ１３により封着された２枚のガラス基板間に形成された空間の気密性をリーク試験機で検査したところ、１ｘ１０−９ａｔｍ・ｃｍ／ｓｅｃ以下の高い気密性を示した。
【００２９】
（実施例２）  
上記実施例１と同様の工程により複合材料素体５０を製造し、この複合材料素体をほぐして粉末状にした。次いで、図５に示すように、この粉末を幅３ｍｍの枠形状に溝５４が掘られた金型５６に装填し加圧することにより、幅３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの枠状の複合材料４０、つまり、スペーサ３１を得た。この枠状のスペーサ１３を用いて、実施例１と同様の手法で２枚のガラス基板の周縁部同士を封着した。形成された外囲器の気密性をリーク試験機で検査したところ、１ｘ１０−９ａｔｍ・ｃｍ／ｓｅｃ以下の高い気密性を示した。
【００３０】
以上のように構成された複合材料およびこれを用いたＦＥＤによれば、２枚のガラス基板間に密閉空間を形成するための枠材料として、形状自由度が高くかつ安価に製造することが可能な複合材料を提供することができる。また、この複合材料を用いることにより、高真空度を維持可能なＦＥＤを安価に製造することが可能となる。また、上記のように形成された複合材料からなるスペーサによれば、必要な量の複合材料を用いて効率良くスペーサを形成することができるとともに、画像表示装置に合わせて自由に寸法、形状を変更することができ、画像表示装置の寸法使用変更にも容易に対応することが可能となる。
【００３１】
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。さらに、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。
【００３２】
上述した実施形態では、ガラスに対して濡れ性を有したシール金属としてインジウムを用いたが、これに限らず、ガリウム、インジウム合金、ガリウム合金を用いることができる。また、シール金属は、ガラスと直接接合するためには、インジウム、ガリウムおよびそれらの合金であることが望ましいが、接合すべきガラス面が銀ペーストの焼付けのように予めメタライズされている場合、ガラス封着で許される温度において溶融状態になりうる融点を有した金属、例えば、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）等の金属およびそれらの合金を用いることができる。
【００３３】
固体材料は、シール金属の溶融温度で大きく反応せず、つまり、シール金属の性質に変化を与えるほどの融解度を持たず、かつ、固体粒子がシール金属を保持できるものであれば何を用いても構わない。さらに、固体材料の形状は粒子でなく溶融紡糸法のような安価で大量に生産できるものであれば繊維状であっても本願の趣旨から逸脱するものではない。上記実施例では、得られた複合材料の断面形状が矩形のものを示しているが、この形状にとらわれることなく、円形、楕円形、中空、半中空等の形状であっても構わない。
【００３４】
本発明の発明は、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】この発明の実施形態に係るＦＥＤを示す斜視図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＦＥＤの斜視図。
【図３】前記ＦＥＤの封着部に用いた複合材料を拡大して示す断面図。
【図４】前記複合材料の製造に用いる金型を示す断面図。
【図５】前記複合材料の製造に用いる他の金型を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
１０…真空外囲器、  １１…第１基板、  １２…第２基板、  １３…スペーサ、
１６…蛍光体スクリーン、  ２２…電子放出素子、  ３３…封着部、
４０…複合材料、  ４２…固体粒子、  ４４…シール金属。
【図１】
2005171355.tif 000003
【図２】
2005171355.tif 000004
【図３】
2005171355.tif 000005
【図４】
2005171355.tif 000006
【図５】
2005171355.tif 000007