(57)【要約】フラットなフォームファクタを有する高真空ディスプレイ（１０）を組み立てる方法であり、ディスプレイは、外囲器（１１）を含み、外囲器は、平行に離隔して配置された２つの主要なガラス側部（１２，１３）、および、それらの側部の間の連続エッジ（１５）を有する。開口部（１６）が、外囲器のガラス側部の一方を通って形成されている。外囲器の前記開口部よりも大きい面積を有するプレート（２０）が設けられる。前記開口部よりも僅かに小さい面積を有するボタン（２１）がプレートの一方の側に形成され得る。低温溶融材料（２５）が、プレート上のボタンの周囲に配置され、外囲器は、実質的な真空中に配置される。ボタンが前記開口部内に配置され、プレートが外囲器の外側にてガラス側部に接触し、低温溶融材料が熱および／または圧力を用いて溶融されて、ボタンを開口部内に封着するように係合させる。
2004515880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラットフォームファクタを有する高真空デバイスを組み立てる方法であって、
平行に離隔して配置された２つの主要なガラス側部、および前記側部間の連続エッジを含む外囲器を設けるステップと、
外囲器のガラス側部の一方を通る開口部を形成するステップと、
外囲器の前記開口部よりも大きい面積を有するプレートを設けるステップと、
プレートの面上に低温溶融材料を配置するステップと、
外囲器を実質的な真空中に置くステップと、
プレートを開口部の上に配置し、ガラス側部の一方に外囲器の外側にて接触させ、低温溶融材料がガラス側部の前記一方とプレートとを封着するように係合させるステップとを含む方法。
【請求項２】
フラットフォームファクタを有する高真空ディスプレイを組み立てる方法であって、
平行に離隔して配置された２つの主要なガラス側部、および前記側部間の連続エッジを含む外囲器であって、ディスプレイを含み、前記ガラス側部の第１がディスプレイのフェースプレートを形成する外囲器を設けるステップと、
外囲器の前記ガラス側部の第２を通る開口部を形成するステップと、
前記外囲器の前記開口部よりも大きい面積を有するプレートであって、開口部よりも僅かに小さい面積を有する一体的な突出したボタンを一方の側に含むプレートを形成するステップと、
プレートの上のボタンの周囲に低温溶融材料を配置するステップと、
外囲器およびディスプレイを３５０℃よりも高温で１時間よりも長い時間焼成するステップと、
外囲器を１０−６トルより低圧の真空中に置くステップと、
ボタンを開口部内に配置し、プレートをガラス側部の一方に、外囲器の外側にて接触させ、低温溶融材料がボタンを前記開口部内に封着するように係合させるステップとを含む方法。
【請求項３】
フラットフォームファクタを有する高真空ディスプレイであって、
平行に離隔して配置された２つの主要なガラス側部、および、前記側部間の連続エッジ、ならびに、前記ガラス側部の一方に画成されかつガラス側部の一方を通って延在する開口部を含む外囲器と、
前記外囲器の前記開口部よりも大きい面積を有するプレートと、
プレートの１つの面上に配置された低温溶融材料のリングとを含み、前記プレートが開口部の上に配置され、ガラス側部の一方に外囲器の外側にて接触し、低温溶融材料がプレートを開口部上に封着するように係合させる高真空ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電界放射デバイスのシール（封着）、および、電界放射デバイスをシールする方法に関し、さらに詳細には、フラットプロファイルを有するデバイスにおける高真空シールに関する。
【０００２】
発明の背景
電界放射デバイスを組み込んだフラットパネルディスプレイは、ピーク性能および長期間の動作寿命のための良好な真空状態を要求する。真空シールを形成する方法は真空状態全体に大きく影響する。電界放射ディスプレイの対容積表面積比は、他のほぼいずれの真空製品よりも大きいため、良好な真空状態をもたらす作業は他の真空装置よりもはるかに困難である。
【０００３】
電界放射ディスプレイにシールを形成するための既に確立された方法を用いることには問題がある。先行技術のシール方法の１つは、一般に「管形成物チップオフ」（“ｔｕｂｕｌａｔｏｒ  ｔｉｐ−ｏｆｆ”）方法と称されており、ガラス外囲器を完全に封着するために用いられる。この方法において、チップオフ中にガラスのチップオフ領域を熱により溶融する作用が圧力破裂を生じ、これが外囲器内の初期真空レベルを１０− ５トル以上にする。管状のスタンプがディスプレイの後ろに残り、これが最終製品のフラットフォームファクタを低減させる。
【０００４】
先行技術のシール方法の第２は、一般に、「一体シール」（“ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｓｅａｌ”）と称されている。ディスプレイは、概して、フリットまたは他の手段を用いて１つのステップにおいて高温でシールされ、シールプロセス中に１トルまでのガスがディスプレイ外囲器内にたまることがある。このガスは、フラッシュ可能な（ｆｌａｓｈａｂｌｅ）ゲッタおよび非蒸発性ゲッタを含む追加のゲッタリングを用いて除去されなければならない。真空外囲器を、電界放射のために要求されるレベルまで清浄化するにはかなりの費用がかかる。
【０００５】
それゆえ、フラットなフォームファクタを有し、可能な限り低い圧力をシールにて生じ、かつ外囲器内でのゲッタの活性化を可能にする電界放射ディスプレイのためのシールされた真空外囲器およびシールされた真空外囲器を製造する方法が必要である。
【０００６】
好ましい実施形態の説明
ここで図面を参照する。図１に、フラットフォームファクタを有する高真空電界放射ディスプレイ１０が示されている。ディスプレイ１０は、平行に離隔して配置された２つの主要なガラス側部１２および１３を含む外囲器１１を含み、側部１２と１３の間に連続エッジ１５が配置されている。当業者に理解されているように、概して電子デバイスが外囲器１１内に収容されており、電子デバイスは、正確に動作するために比較的高度の真空を要求する。ディスプレイ１０は、画像、文字などを生じるための、或るタイプの電子デバイス、例えば、電界放射デバイス（ＦＥＤ）を含む。ＦＥＤは当分野において良く知られているため、ＦＥＤの構造および動作のさらなる説明は必要ないであろうが、この例において、ガラス側部１２がカソードであり、ガラス側部１３が、画像などがその上に形成されるアノードであり得ること、あるいは側部１２と１３を逆にしてもよいことを述べておく。さらに、用語「ガラス」は側部１２および１３を示すために用いられるが、当業者は、適度な真空シール（例えば、漏れ速度が約２ｘ１０−１３トルｘリットル／秒未満）をもたらす任意の材料（例えば、セラミック、半導体、金属、金属−セラミック多重層など）を側部１２および１３ならびに縁部１５に用いることができ、また、用語「ガラス」が、このような材料の全てを包むものとして用いられることを理解するであろう。
【０００７】
図２を参照すると、開口部１６が、ガラス側部の一方、この実施形態においては側部１２を通って形成されており、外囲器１１により画成された内部容量へのアクセスをもたらす。次いでプロセスは、外囲器１１内の容量の減圧排気および開口部１６のシールを要求する。これを達成するために、カバー要素すなわちプレート２０が設けられ（図３参照）、図４に示されているように、一方の側にボタン２１が形成される。ここで、この好ましい実施形態においてはプレート２０とボタン２１が一体型ユニットとして形成されているが、以下にさらに詳細に説明するように他の構造も考えられることが理解されるであろう。概して、組立を簡単にするために、開口部１６は円形であり、プレート２０は、開口部１６の面積よりも大きい面積を有する。もちろん、他の形状の開口部およびプレートも、それらが望ましければ用いられることが理解されるであろう。ボタン２１の面積は、開口部１６の面積よりも、図１に示されているようにボタン２１が開口部１６内に容易に配置されることができるように僅かに小さい。ここで、プレート２０／ボタン２１は１ｍｍよりも薄く、直径が５ｍｍ未満であることができ、また、アノードまたはカソードのいずれにも、適切なフォームファクタをもたらすように取り付けられることができることに留意されたい。
【０００８】
外囲器１１ならびにプレート２０およびボタン２１は上記のように形成され、好ましい組立プロセスは、概して以下のようになる。低温溶融材料２５が、プレート２０上のボタン２１の周囲に、概して図５に示されているように配置される。材料２５は、通常の動作温度（例えば１００℃）にて固体のままであり、ガラスフリットの軟化点（例えば３００℃）より低い融点を有する任意の超高真空材料である。少なくともボタン２１は（好ましい実施形態においてはプレート２０も）、低温溶融材料２５に対して十分に濡れ、高温においても濡れた状態を維持する材料から形成される。良好に反応する材料は、例えば、銅および金である。また、このプロセスにおいて良好に作用する低温溶融材料２５の例は、望ましい特性をもたらすように幾つかの材料から異なる量で構成されたインジウムおよびすず合金である。好ましい実施形態において、プレート２０とボタン２１は銅から一体的に形成され、低温溶融材料２５はインジウムである。材料２５（インジウム）は、図５に示されているように、ボタン２１上にリングまたはプレート状に配置される。
【０００９】
ボタン材料が、インジウムに対して濡れ性の材料によりコーティングされた任意の材料であってよいことに留意されたい。しかし、溶融インジウムは共融混合物を急速に形成し、多くの薄膜材料および厚膜材料を高温処理にて消費するであろう。したがって、濡れ性材料の消耗を回避するために、固体金属のボタン２１／プレート２０を用いることが好ましい。
【００１０】
インジウムを、ボタン２１／プレート２０上で真空中にて加熱し、それにより、表面を濡らし、インジウム金属からガス抜きし、また、ボタン２１／プレート２０の銅からガス抜きする。インジウムでコーティングされたボタンは、冷却されるとシールのための準備が整う。インジウムコーティングされたボタンは、高品質シールの形成を妨げる表面酸化物の形成を防止するために、シール前に真空中ら再び外されることはない。このような表面酸化物が形成された場合には、密着を促進するためにシール前に水素プラズマを用いて表面酸化物を除去することができる。
【００１１】
ボタン２１の外囲器１１への最終的シールは、高真空中で行われる。これは、外囲器１１のシールにおける高真空を保証する。一実施形態において、ボタン２１／プレート２０およびインジウム２５は１５７℃より高い温度に加熱される。溶融インジウムおよびボタン２１が、図６および７に示されているようにガラス側部１２の開口部１６内に押し込まれる。組立プロセス中の遅れなどにより、溶融インジウム上に、密着性を低減させる表面膜が生じることがある。溶融インジウムが側部１２のガラスに押し付けられると、清浄な表面を有するフレッシュなインジウムがこの膜の下から絞り出されて非常に良好な化学結合および気密シールをもたらす。回転、振動または並進によるプレート２０とボタン２１との攪乱が、表面膜の破断を補助し、最初の接触領域における密着を促進する。結合は、冷却時にインジウムが凝固するときに完了する。
【００１２】
プレート２０およびボタン２１を含むシールを以上に開示したが、他の多くのシールも考案され得ることが理解されよう。図８を参照すると、別の実施形態の例が示されている。この実施形態において、図１における部品と類似の部品は類似の番号で表示されており、異なる実施形態であることを示すために、番号にダッシュ符号を付してある。外囲器１１’のガラス側部１２’内に開口部１６’が形成されている。開口部１６’の面積よりも大きい面積を有するプレート２０’が設けられる。この実施形態においては、プレート２０’上にボタンが形成されていない。低温溶融材料２５’からつくられた、先に記載したものと類似のリングがプレート２０’の上面に配置される。組立プロセスは先に記載したように進行する。
【００１３】
図９を参照すると、また別の実施形態の例が示されている。この実施形態において、図１における部品と類似の部品は類似の番号で表示されており、異なる実施形態であることを示すために番号にダブルダッシュ符号を付してある。外囲器１１”のガラス側部１２”内に開口部１６”が形成されている。開口部１６”の面積よりも大きい面積を有するプレート２０”が設けられている。この実施形態において、プレート２０“上にボタンが形成されない。凹部２４”がプレート２０”の上面に形成されている。凹部２４”はゲッタリング材料などを収容することができ、この材料は、例えば、開口部１６”を通って外囲器１１”内に蒸発されるフラッシュ可能なゲッタであり得る（上記の説明を参照のこと）。低温溶融材料２５”のリングは、先に記載したリングと同様に、プレート２０”の上面に、凹部２４”を取り囲んで配置される。組立プロセスは、先に記載したものと同様である。
【００１４】
インジウムが溶融しているとき（＞１５７℃）も、インジウムが固体であるとき（＜１５７℃）も真空シールを形成できることに留意されたい。低温インジウム（固体）を用いてシールプロセスを実行するためには、プロセスは、先に記載したプロセスとほぼ同様であるが、良好な結合を形成するために、清浄なインジウムを表面膜から絞り出すためのより大きい力が必要である。インジウムは室温にてクリープするため、フレッシュな表面を生じるためにインジウムに加えられる力は、クリープが変形を終了する数分の間待てば減じることができる。低温シールを、インジウム以外の材料、例えば、インジウム−すず合金、他のインジウム合金、すずおよびすず合金、ならびに、他の低融点材料および複合物を用いてつくれることが理解されよう。
【００１５】
好ましい実施形態において、開口部１６が外囲器１１のガラス側部１２に形成される。外囲器１１の構成要素、例えば、側部１２および１３とエッジ１５および／または支持フレームとが、例えばガラスフリットを用いて、不活性雰囲気（アルゴン、窒素など）中で、大気圧に近い圧力にてシール結合される。外囲器１１は、任意の内部電子素子と共に真空（約１０−６トルよりも低圧）中で、初期シールなどを損傷しない可能な限りの高温にて焼成される。概して、初期真空圧力が１０−６トルより低圧であるシールされた外囲器（電子管）を得ることが望ましい。好ましい状況は、数時間にわたる３５０℃よりも高い温度を含む。焼成された部品は、高真空から外されることなく、先に記載したように準備されたインジウムボタンを収容しているステーションに送られる。フラッシュ可能なゲッタが、例えば高周波加熱または電気的加熱により開口部１６を通って蒸発し外囲器１１内に入る。蒸発距離は、外囲器１１に最大有孔率および表面積を与えるように調節される。この特定の実施形態において、ゲッタ・リングまたは非蒸発性ゲッタが外囲器１１内に配置される必要がない。
【００１６】
次に、誘導などにより既にインジウムの融点に加熱されたプレート２０／ボタン２１を、先に記載したように開口部１６にてガラスに接触させる。外囲器１１は、このプロセス中に室温にされることができ、または、温熱ひずみを低減するために加熱されることもできる。概して、シールが形成されるときの温度が低いほど、外囲器１１内の初期圧力は低くなる。温度低下の最小値として、シールは、ディスプレイのガス抜き温度よりも、少なくとも２００℃低い温度にて形成される。シールが形成されたならば、部品の温度を可能な限り急速に下げる。次いで外囲器１１を真空チャンバから取り出す。コーティング、例えばエポキシなどを、ディスプレイ１０の寿命期間中のインジウムのクリープを最小限にするためにプレート２０の外面および周囲面に塗布することができる。
【００１７】
このように、フラットなフォームファクタを有する高真空電界放射ディスプレイを組み立てる方法を開示した。この方法は、１０年よりも長い貯蔵寿命を有する高真空シールをもたらす。この方法は、比較的容易にかつ安価に実行され、ディスプレイは非常にフラットなフォームファクタを有して組み立てられることができる。初期真空圧力が１０−６トルより低圧のシールされた外囲器（電子管）が得られ、漏れ率は、２ｘ１０−１５トルｘリットル／秒よりも低い。
【００１８】
開示されたシールプロセスにはさらなる利点がある。部品の真空焼成後、シール前に、電界放射デバイス（または他の電子構造物）は、電子ビーム衝撃により部品をガス抜きするように動作され得る。電子スクラブが、製造動作中に経験されるよりも高いアノード電圧および電流にて好適に実行される。さらに、反応ガス、例えば水素を導入して、電界エミッタを浄化し、汚染物質、例えば、酸素、フッ素、塩素および硫黄含有種などを除去することもできる。残留水素は、水素のバックグラウンド分圧を用いてシールすることによりディスプレイに直接シールされ得る。さらに、この材料シールは、熱膨張係数を整合させる必要がないため、いずれのタイプのガラスにも用いられることができる。この新規のシール方法に関するさらなる利点は、材料シールを非破壊的に除去できることである。
【００１９】
本発明の特定の実施形態を示し、説明してきたが、当業者には、さらなる変更および改良が考えられるであろう。したがって、本発明が、以上に示された特定の形態に限定されないことを理解されたい。また、我々は、本発明の精神および範囲から逸脱しない全ての改良を特許請求の範囲にて包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ってシールされた電界放射デバイス外囲器の断面図である。
【図２】シールプロセスの一連のステップの１つを示す。
【図３】シールプロセスの一連のステップの１つを示す。
【図４】シールプロセスの一連のステップの１つを示す。
【図５】シールプロセスの一連のステップの１つを示す。
【図６】シールプロセスの一連のステップの１つを示す。
【図７】シールプロセスの一連のステップの１つを示す。
【図８】本発明に従ってシールされる電界放射デバイス外囲器の別の実施形態の断面図である。
【図９】本発明に従ってシールされる電界放射デバイス外囲器の別の実施形態の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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