(57)【要約】【課題】  本発明は、熱膨張率の大きく異なる金属材料を使用せずにガラス材同士を接合することが可能な接合方法およびその製造装置を提供する。【解決手段】  ガラス材同士を直接接合するための本発明の接合方法として、真空雰囲気下において接合部に温度分布を持たせるよう加熱を行う。これにより、内部で発生可能性があるボイド（気泡）を接合部外に追い出し、良好な接合部を形成することが可能となる。また、本発明では、過大な加圧は必要でないことから、接合後の残留歪応力を低く抑えることが可能である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気下において、第１ガラス基板と第２ガラス基板との双方の接合面を対向して配置させる第1工程と、2つの前記接合面の間に接合部材を配置する第2工程と、前記接合部材内部に温度勾配をつけた状態で前記接合部材の温度が高い部分から温度が低い部分へ順次前記接合部材を前記第１ガラス基板及び前記第２ガラス基板に接合する第3工程とを具備することを特徴とするガラス基板の接合方法。
【請求項２】
前記接合部材の前記温度が高い部分の温度は、３５０℃以上４００℃以下かつ前記第１ガラス基板或いは前記第２ガラス基板のガラス転位点より低い温度であることを特徴とする請求項1に記載のガラス基板の接合方法。
【請求項３】
前記第３工程の前に、補助加熱として２５０℃以上、３５０℃以下の温度にて第１ガラス基板、第２ガラス基板、及び前記接合部材の全体を加熱することを特徴とする請求項1に記載のガラス基板の接合方法。
【請求項４】
前記温度勾配は、２℃／ｍｍ以上、１５℃／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の接合方法。
【請求項５】
第１ガラス基板と、第１ガラス基板上に形成されマトリックス状に配置される形成される複数の表示素子と、前記第１ガラス基板に対向配置された第２ガラス基板と、前記第１ガラス基板及び前記第２ガラス基板の双方に接合される前記整合部材とを備えた画像表示装置において、前記第１或いは第２ガラス基板と前記整合部材との接合面に、直径１００μｍ以下の気泡が１個/cm2以上１０個/ cm2の範囲で存在することを特徴とするガラス基板を用いた表示装置。
【請求項６】
前記第１ガラス基板、前記第２ガラス基板、および前記整合部材の熱膨張率差が、±１．０×１０-6／Ｋ以内であることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板を用いた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向配置された基板と、これら基板間に設けられた複数の表示素子とを有するガラス基板の接合方法及びガラス基板を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代の軽量、薄型の平面型表示装置として、電子放出素子を多数並べ、蛍光面と対向配置させた表示装置の開発が進められている。電子放出素子としては、電界放出型あるいは表面伝導型の素子が想定される。通常、電子放出素子として電界放出型電子放出素子を用いた表示装置は、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、また、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）と呼ばれている。  
上記ＦＥＤは、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縁部同士を互いに接合することにより真空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が設けられる。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。
【０００３】
背面基板側の電位はほぼ０Ｖ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、青の蛍光体に電子放出素子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。また、蛍光体スクリーンには高電圧が印加されるため、前面基板、背面基板、側壁、および支持部材用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、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陰極線管（ＣＲＴ）と比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。
【０００４】
ここで、前面基板と背面基板を接合する方法として特許文献1の方法が知られている。この記載によると、前面基板と背面基板相互の接合面をポリッシングし、その後洗浄して接合面を水で張り付け、さらに電気炉に投入して所定時間過熱し、過熱工程を終了して自然冷却させることで、最終的に前面基板と背面基板を接着させている。
【特許文献１】特開平０６−２９８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の基板の接合方法は、ガラス基板を水で接着した後に電気炉に投入して一定時間過熱することで密着させていたため、ガラス表面を水に濡らした状況から加熱を開始するため内部に気泡が残留し、良好な接合状態を得ることは困難という問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたもので、基板の接合面における気泡の残留を低減し、良好な接合状態を得ることが可能なガラス基板の接合方法、及びガラス基板を用いた表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するため、本発明のガラス基板の接合方法は、減圧雰囲気下において、第１ガラス基板と第２ガラス基板との双方の接合面を対向して配置させる第1工程と、２つの前記接合面の間に接合部材を配置する第２工程と、前記接合部材内部に温度勾配をつけた状態で前記接合部材の温度が高い部分から温度が低い部分へ順次前記接合部材を前記第１ガラス基板及び前記第２ガラス基板に接合する第３工程とを具備することを特徴とする。減圧雰囲気とは、真空は勿論、０．１Pa以下であることが好ましく、特に         1×１０-4Pa近傍が表示装置では好ましい。
【０００８】
また、請求項１において、前記接合部材の前記温度が高い部分の温度は、３５０℃以上４００℃以下かつ前記第１ガラス基板或いは前記第２ガラス基板のガラス転位点より低い温度であることが望ましい。
【０００９】
さらに、請求項１において、前記第３工程の前に、補助加熱として２５０℃以上、３５０℃以下の温度にて第１ガラス基板、第２ガラス基板、及び前記接合部材の全体を加熱することが望ましい。
【００１０】
そしてさらに、請求項１において、前記温度勾配は、２℃／ｍｍ以上、１５℃／ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１１】
また、本発明のガラス基板を用いた表示装置は、第１ガラス基板と、第１ガラス基板上に形成されマトリックス状に配置される形成される複数の表示素子と、前記第１ガラス基板に対向配置された第２ガラス基板と、前記第１ガラス基板及び前記第２ガラス基板の双方に接合される前記整合部材とを備えた画像表示装置において、前記第１或いは第２ガラス基板と前記整合部材との接合面に、直径０．１μｍ以下の気泡が１個/ cm2以上１０個/ cm2の範囲で存在することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、第１ガラス基板と２ガラス基板の間に接合される接合部材の内部の温度勾配を変化させており、温度が高い部分が低い部分に比べてより膨張している為に、この膨張した部分からガラス基板に接触させて順次接合を進めることから気泡を逃がしながら接合することが可能となる。従って、接合面での必要以上の気泡の発生を抑制できるために、必要で所定量の気泡のみを残留させる制御をする事ができる。そして、この残留された気泡が特徴的な働きを持つ。即ち、熱応力により発生したクラックをこの気泡がクラックの進行を妨害するためにクラックの長大化或いは発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１ガラス基板と２ガラス基板の間に接合される接合部材との接合面での気泡の発生を抑制でき、良好な接合状態を得ることが可能なガラス基板の接合方法、及びガラス基板を用いた表示装置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】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
(実施の形態１)
まず、本実施の形態に係る製造方法によって製造される画像表示装置の一例として、FEDについて説明する。このFEDを図1〜図3に示している。図１が表示装置全体を示した斜視図、図２が一部ガラス基板を剥いで内部を示した図、図３が断面図、図４が内部のFED構造を示した図である。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第１の基板として前面基板１１、および第２の基板として背面基板１２を備え、これらの基板は約1.5〜3.0 mmの隙間を置いて対向配置されている。前面基板１１および背面基板１２は、接合部材としての矩形枠状の側壁１３を介して周縁部同士が封着され、内部が減圧雰囲気下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】
前面基板１１および背面基板１２の周縁部は接合部４０により互いに結合されている。すなわち、前面基板１１の内面周縁部に位置した接合面と、背面基板１２の内面周縁部に位置した封着面との間には、枠体として機能する側壁１３が配置されている。
【００１７】
減圧外囲器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出しているとともに、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】
図４に示すように、前面基板１１の内面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、緑、青の３色に発行する蛍光体層R、G、Bとマトリックス上の黒色吸収部１７とで形成されている。上述の支持部１４は、黒色光吸収部の影に隠れるように置かれる。また、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。
【００１９】
再び図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、それぞれの画素毎に対応して複数列および複数行にマトリックス配列され、表示素子として機能する。
【００２０】
さらに詳細に述べると、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。
【００２１】
上記背面基板１２上には、電子放出素子２２が接続されているマトリックス状の配線２１が形成され、その端部は背面基板の周縁部に引き出されている。背面基板１２の周縁部において、配線２１上には絶縁層２３が形成され、この絶縁層上に側壁１３が設けられている。
【００２２】
上記のように構成されたFEDにおいて、映像信号は、単純マトリックス方式に形成された電子放出素子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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
まず、図4に示すごとく、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することにより、露光、現像して蛍光体スクリーン１６を生成する。
【００２６】
続いて、背面基板１２用の板ガラスに図1で示した配線２１を形成する。これは、たとえば、Aｇペースト等によりそれぞれX方向に延びた複数本の配線２１を板ガラスの有効表示領域および周縁部に形成するとともに、それぞれY方向に延びた複数本の配線２１を板ガラスの周縁部のみに形成する。その後、配線２１に重ねて板ガラスの全面に図示していないが絶縁層を形成する。ついで、有効表示領域において、絶縁層上にそれぞれY方向に延びた残りの配線２１を形成し、先に板ガラス周縁部のみに形成した配線と接続する。
【００２７】
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、先に板ガラス周縁部のみに形成した配線と接続する。
【００２８】
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。
【００２９】
そのあと、この絶縁膜上に、たと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。つぎに、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。  
つぎに、レジストパターンおよ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あと、背面基板１２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、たと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。
【００３０】
このあと、背面基板１２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、たと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。そして、大気中で、背面基板１２上に複数の支持部材１４を低融点ガラス３０により封着し、背面基板１２と前面基板１１とを側壁１３を介して互いに封着する。  
図５は、ガラス基板相互の接合方法を詳細に説明する図である。側壁１３は、ガラス基板と熱膨張係数が±１．０×１０-6／℃以内の例えばここでは８．４×１０-6／℃を使用する。まず、背面および前面ガラスと同一材料からなるガラス板から側壁１３を切り出す。
【００３１】
次に、本接合技術を用いて、真空中ここでは例えば、1×１０-4Paまで真空にした常態で側壁１３の面とガラス基板（１１、１２）とを接合する場合、図５に示すように側壁１３の面と基板１１、１２の面を減圧雰囲気下で対向配置させる。その後、接合を行う。
【００３２】
図１４は接合前の図５に示した状態における側壁１３の内部の温度分布を示している。１４１は側壁の素子側の表面の温度(３００℃)、１４２は素子側とは反対方向の外側の表面における温度(４００℃)を示しており１４４の通りに温度が内部で緩やかな曲線で変化している。１４３は側壁１３の内部の平均の温度勾配であり５℃／ｍｍとなっている。
【００３３】
以上の工程を経て形成された表示装置に関して、側壁１３とガラス基板１１、１２との接合面について、超音波顕微鏡を用いて気泡の量、サイズを測定する。その結果、直径１００μｍ以下の気泡で平均の直径サイズが５０μｍが５個/ｃｍ2以下で存在することが判明した。この気泡は、接合温度を３５０℃から４００℃、温度勾配を２℃／ｍｍから１５℃／ｍｍの場合、１個/ cm2以上１０個/ cm2の範囲で存在することが判明した。これにより、以上の条件範囲であれば、熱応力により発生したクラックをこの気泡がクラックの進行を妨害するためにクラックの長大化或いは発生を防止できる。
【００３４】
さらに、図９〜図１３を用いてガラス基板の加熱方法を説明する。図９は、図５に示した２つのガラス基板の接合体を熱処理する状態を示しており、ヒーターが主部材１２０、で副部材１３０1、１３０2で構成されている。また、図１０では副部材１３０3が副部材１３０2と同様の形状になっている。同様に、図１１では副部材１３０3に隣接して断熱部材１５０が形成されている。図１２は最も単純なヒーター構造であり、主部材各ヒーター１２０のみでヒーターを構成している。各ヒーターの主・副部材の点で示した領域の温度(４００℃)がその他の領域に比べて低くなっている。また,紙面上の四角で囲まれた他の領域は雰囲気であり３００℃程度に設定されている。
【００３５】
(実施の形態２)
以下の実施の形態は、実施の形態１と異なる部分のみについて、説明を加える。図６に示すように、実施の形態１のガラス材からなる側壁１３の代わりに金属材料とガラス材料の複合体を使用した。図６において、６３1は金属材料、ここではＦｅ−Ｎｉ合金、６３２はガラス材料、ここではガラスコートである。なお、６３1、６３２の熱膨張係数は、ともにガラス基板の熱膨張係数の±１．０×１０-6／℃以内で、たとえば８．４×１０-6／℃である。以上の実施の形態の場合にも、実施の形態１の場合と同様の効果を期待できる。さらに金属材料６３１により、応力緩和をすることが出来るため、よりクラックの長大化を防止することできる。
【００３６】
(実施の形態３)
実施の形態１と異なる点は、図７で示すように、フリットガラス７３を介して、側壁１３とガラス基板１１とを大気中で接合していることを特徴とする。フリットガラスの接合前の状態は、平均粒径5〜20μｍ、最大粒径500μｍの微粒子である。それをセルロースナイトレート、IPA、水等を含有する溶剤に分散させペースト状にする。フリットガラスの熱膨張率は、ガラス基板に対し1.0x10-6／℃以内にあり、軟化点が300〜350℃に設定する事ができる。
【００３７】
実施の形態１と同様の効果を期待でき、さらに基板１１とフリットガラス７３とを接合する工程で、フリットガラス内に所定量の気泡を予め形成させておき、その後に、側壁１３とガラス基板１２とを接合する工程とにし、２つの接合工程に分ける事で確実に上述した気泡のサイズおよび量の所定範囲に制御可能となる。
【００３８】
(実施の形態４)
実施の形態３と異なる点は、図８で示すように、フリットガラス７３を介して、ガラス材料６３２を具備した金属材料６３１とガラス基板１１とを大気中で接合していることを特徴とする。
【００３９】
実施の形態３と同様の効果を期待できる。さらに金属材料６３１により、応力緩和をすることが出来るため、よりクラックの長大化を防止することできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態1に係る表示装置を説明する斜視図。
【図２】実施の形態1に係る表示装置の一部分を説明する透視図。
【図３】実施の形態1に係る表示装置を示す断面図。
【図４】実施の形態1に係る表示装置の一部分を説明する図。
【図５】実施の形態1に係る表示装置の一部分を説明する図。
【図６】実施の形態2に係る表示装置の一部分を説明する図。
【図７】実施の形態3に係る表示装置の一部分を説明する図。
【図８】実施の形態4に係る表示装置の一部分を説明する図。
【図９】実施の形態1に係る表示装置の製造方法を説明する図。
【図１０】実施の形態1に係る表示装置の製造方法を説明する図。
【図１１】実施の形態1に係る表示装置の製造方法を説明する図。
【図１２】実施の形態1に係る表示装置の製造方法を説明する図。
【図１３】実施の形態1に係る表示装置の製造方法を説明する図。
【符号の説明】
【００４１】
１０  真空外囲器
１１  前面基板
１２  背面基板
１３  側壁
１６  蛍光体スクリーン
１７  黒色吸収部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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