JP2009123421A - 気密容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザによる接合部材の溶融状態を一定にして容器の気密性を向上させることにある。
【解決手段】レーザ発振部５ａから照射されたレーザ光６ａは第一の基板１を透過し、シール材４ａに照射される。シール材４ａは照射されたレーザ光の吸収率に応じて温度が上昇し、軟化、溶融する。照射されたレーザ光６ａはシール材４ａによって反射され、反射光６ｂとして検出部５ｃに到達する。演算部５ｄでは、検出部５ｃからの情報を基に、シール材表面の溶融状態が一定になるようにレーザ制御部５ｂにレーザパワーの補正値等を伝達する。このようにすることで、シール材４ａの溶融状態を常に適切な状態に保つことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気密容器の製造方法に関する。

気密容器を作製する場合、第一の基板と第二の基板との間に、第一及び第二の基板の周囲どうしを接合する接合部材が配置され、接合部材にレーザ光を照射して接合部材を溶融することで、気密容器を完成させることがよく行われている。

このような気密容器の製法では、接合部材を溶融させるレーザ光の制御状態が気密性に大きく影響する。また、対象物に応じてレーザ制御の仕方が多数提案されている。

特許文献１には、ガラスパッケージ又はOLED（有機EL）の表面からの反射光から距離情報とレーザエネルギーの情報を検出し、レーザ強度、光学系の距離を変えていることが記載されている。

また、特許文献２や３には、反射光強度から被レーザ照射部の温度を検出し、被レーザ照射部の温度が一定になるようにレーザ強度、レーザ走査速度を制御することが記載されている。

また、特許文献４には、段差のある加工対象物をレーザ加工する際に、レーザを分岐し一方を高さ測定用として用いて、高さ情報をフィードバックしながら加工することが記載されている。
米国特許2005/0199599号明細書（段落[0031]、図２） 米国特許2006/0082298号明細書（段落[0039]、図８） 米国特許2006/0084348号明細書（段落[0039]、図８） 特開平08-250021号公報

特許文献１に記載されている気密容器の製造方法は、加工用レーザと異なる波長のレーザ又は光源を診断システム（Diagnostic System）から照射し、その反射光からレーザのパワー情報、ワークまでの距離情報を得ている。しかし、具体的に反射光のどのパラメータを基にレーザパワーを制御しているのかの記述が無く、不明瞭である。

特許文献２、３に記載されている気密容器の製造方法は、レーザ照射により昇温される接合部材の温度が一定になるように、レーザのパワー、走査速度を制御している。しかし、接合部材の状態によっては照射温度を一定にしても、溶融しない場合があった。例えば、接合部材の表面に形成される酸化膜の膜厚のばらつきによっては、接合部材が溶融温度になっていても、酸化膜が溶融しない（破断しない）という状況が発生してしまい、連続的に気密性を保つことが難しくなってしまう。上述した状態は接合部材の表面形状によっても、発生する場合がある。

特許文献４に記載の製造方法では、段差のある加工対象物をレーザ加工する際に、レーザを分岐し一方を高さ測定用として用いている。しかし、被レーザ照射部の溶融状態を検知しながら連続的に気密性を保つ方法ではない。

特許文献１，２，３，４に記載の方法では、いずれも基板と接合部材の隙間を連続的に密着させることが困難で気密性を確保できない場合があり、より安定的に容器の気密性を確保できる製造方法が望まれていた。

より詳述すると、一対の基板間を接合部材で接合して気密容器を製造する方法では、接合部材の厚みむらや表面状態に起因して、接合部材と基板の間に隙間（接触むら）が出来る。この隙間は、基板を通して接合部材を加熱溶融させて基板と枠部材を接合するときに接合部材へ熱を伝わりにくくする。その結果、接合部材の溶融状態が場所ごとに異なり、基板と接合部材とを接合部材に沿って均一に密着できなくなる。その故、接合部材の加熱溶融工程において基板と接合部材の間を連続的に密着させられることが容器の気密性向上の観点から望まれる。

本発明は以上の課題の少なくとも一つを解決するものであり、その目的の一例は、レーザによる接合部材の溶融状態を一定にして容器の気密性を向上させることにある。

上記目的を達成するために本発明の一つの態様は、第一の基板と、第二の基板と、該第一の基板と該第二の基板との周囲を接合する接合部材とを有する気密容器の製造方法であって、第一の基板と第二の基板との間に前記接合部材を配置し、該接合部材にレーザ光を照射しつつ走査する。そして、該レーザ光の反射光に基づいて接合部材の溶融状態を判断し、該判断結果に基づいてレーザ光の単位面積当たりのレーザエネルギーを制御して、第一の基板と前記第二の基板とを接合部材で接合することを特徴とする製法である。また、本発明の他の態様は、接合部材に第一及び第二のレーザ光を照射しつつ走査し、該第二のレーザ光の反射光に基づいて接合部材の溶融状態を判断し、該判断結果に基づいて第一のレーザ光の単位面積当たりのレーザエネルギーを制御して、第一の基板と前記第二の基板とを接合部材で接合することを特徴とする製法である。

本発明によれば、基板間に接合部材を配置してなる気密容器について気密性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明に係る気密容器は、第一の基板と、第二の基板と、該第一の基板と該第二の基板の間にあって周囲を包囲する接合部材とにより構成されているが、該第一の基板と該第二の基板の間にあって周囲を包囲する枠部材を設けた方がより好ましい。その際は、該第一の基板と該枠部材の間に第一の接合部材を有し、該第二の基板と該枠部材の間に第二の接合部材を有する構成が好ましい。

また、本発明に係る気密容器は、画像形成装置に使用することが可能である。特に第一の基板には蛍光体及び電子加速電極が形成され、第二の基板には電子源が形成されている画像形成装置は、本発明が適用される好ましい形態である。

本発明の実施形態について、図１から図３を用いて説明する。

図１は本発明の気密容器の製法例を示した模式図である。

本発明の製法を適用する気密容器は、第一の基板１と、第二の基板２と、第一の基板１と第二の基板２の周囲を包囲する支持枠３とを備えてなる。第一の基板１および第二の基板２はガラス基板が好ましく、画像形成装置を構成する場合は、第一の基板１に蛍光体及び電子加速電極が形成され、第二の基板には電子源が形成される。支持枠３は第一の基板１および第二の基板２と熱膨張率がほぼ等しい材料が好ましい。

第一の基板１と支持枠３の間には、両者を接合する為の接合部材であるシール材４ａが配置されている。また、第二の基板２と支持枠３の間には、両者を接合する為の接合部材であるシール材４ｂが配置されている。

本発明の製法に用いられるシール材４ａ，４ｂとしては
真空中でベークを行った時の耐熱性を有すること、
高真空が維持できる気密性を有すること、
他の部材への接着性を有すること、
低放出ガス特性を有すること、
の条件を有する材料が好ましい。

本発明を実施するための製造装置は、支持枠３に沿って延在するシール材４ａへレーザ光を照射しながら走査されるレーザ発振部５ａと、該レーザ光のパワー等を制御するレーザ制御部５ｂと、シール材４ａからの反射光を検出する検出部５ｃとを有する。さらに、この製造装置は、検出部５ｃからの情報を基に、シール材４ａ表面の溶融状態が一定になるようにレーザ制御部５ｂにレーザパワーの補正値等を伝達する演算部５ｄを有する。

このような製造装置では、レーザ発振部５ａから照射されたレーザ光６ａは第一の基板１を透過し、シール材４ａに照射される。シール材４ａは照射されたレーザ光の吸収率に応じて温度が上昇し、軟化、溶融する。

照射されたレーザ光６ａはシール材４ａによって反射され、反射光６ｂとして検出部５ｃに到達する。演算部５ｄでは、検出部５ｃからの情報を基に、シール材表面の溶融状態が一定になるようにレーザ制御部５ｂにレーザパワーの補正値等を伝達する。このようにすることで、シール材４ａの溶融状態を常に適切な状態に保つことができる。

ここで言う「適切な状態」とは、第一の基板１と支持枠３が気密性良く接合する為に、シール材表面に阻害物質（例えば酸化膜）がほとんど無い、または問題にならない程度になっている状態のことを示している。

演算部５ｄが使用する検出部５ｃからの情報としては、さまざまなレーザ光の反射光情報があるが、反射率を用いることが好ましい。

図２は本発明の製法例でシール材４ａにレーザ光６ａを照射しつつ走査したときの、照射部分の温度を示したものである。シール材４ａの溶融状態を適切に保つ為、レーザ照射のエネルギーをリアルタイムに調整しており、その結果、場所により温度が異なっている。これはシール材４ａの表面状態にムラが存在する為に生じている。例えば、表面酸化膜の膜厚のムラ等が挙げられる。

図３は、照射するレーザのエネルギーとその反射率の関係を示したグラフである。レーザエネルギーを増加させると、シール材が溶融する為レーザの反射率は増加する。そこで、反射率に一定の閾値を設定しその値以上になるようにレーザエネルギーを照射することにより、シール材を適切な溶融状態に保つことが可能になる。

一般に材料が溶融すると反射率が上昇する傾向があるが、表面層の変化を伴った溶融の場合必ずしもそうではなく、逆に反射率が低下する場合もある。そのような場合も閾値を設定し、それ以下になるようにレーザエネルギーを制御することにより、シール材を適切な溶融状態に保つことが可能になる。

使用するレーザは固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ、自由電子レーザ等を用いることができる。この場合、接合部材の光の吸収率に合わせて適宜選択することが好ましく、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザがより好ましい。

上述した気密容器の製造方法は、有機ＬＥＤディスプレイ、プラズマ表示装置、または、電子線表示装置の製造方法に適用可能である。特に、有機ＬＥＤディスプレイや電子線表示装置は高い気密性が必要という点からこれらを構成するための気密容器の製造方法に好適である。

以上説明したような本実施形態によれば、レーザ光の反射光情報からシール材の溶融状態を判断し、この判断結果に基づいてシール材溶融用レーザ光の単位面積当たりのレーザエネルギーを制御する。このことにより、接合部分が必ず溶融状態になり、溶融不足による気密性低下を防止することができる。

そして、溶融状態を判断する情報である反射率はリアルタイムに計測できるので、レーザエネルギーへのフィードバックが容易になり、レーザエネルギーの制御性が向上する。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。

「第一の実施例」
図１に基づき、本発明の第一の実施例を説明する。本実施例は、シール材溶融用レーザを溶融状態検出用レーザに兼用した製法である。本実施例はレーザ発振部を一つ設ければ良いため、装置（機構）の簡略化が可能である。

本実施例では第一の基板１および第二の基板２に３００ｍｍ×３５０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのガラス基板（ＰＤ２００、旭硝子社製）を用いた。支持枠３には、２８０ｍｍ×３３０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍのガラス基板を平面視ロの字形状にしたものを使用した。

まず、第二の基板２の上に、シール材４ｂが塗布された支持枠３を配置し、大気焼成炉でベークし接合させた。本実施例では、シール材４ｂとしてフリットガラス ＬＳ−７３０５（日本電気硝子（株）製）を用いた。尚、本実施例では、支持枠３にあらかじめシール材４ｂを配置していたが、これは何ら限定される物ではなく、第二の基板２の側にあらかじめ配置しておいても良い。

次に、支持枠３の上にシール材４ａを配置し、その上に第一の基板１を配置する。本実施例では、シール材４ａとして厚さ０．０５ｍｍのアルミ箔を支持枠３と同形状に成形して用いた。

次に、第一の基板１と第二の基板２がずれないように不図示の固定治具で両基板を固定した。

さらに、支持枠３の上のシール材４ａにレーザ光を照射できるようにレーザ発振部５ａを第一の基板１の上方に配置する。本実施例ではレーザ発振部として半導体レーザ（波長８０８ｎｍ）を用い、投入電流値を制御することによりレーザパワーを調節した。

レーザ発振部５ａから照射されたレーザ光６ａは第一の基板１であるガラス基板を透過し、シール材４ａ（アルミ箔）に照射される。シール材（アルミ箔）４ａは照射されたレーザ光の吸収率に応じて温度が上昇し、アルミの融点である６６０℃を超えると溶融した。

連続的な溶融状態を得るために、シール材４ａからの反射光６ｂの強度を検出部５ｃで測定し、演算部５ｄで補正量を算出する。そして、算出値に基づき、レーザ光６ａに対する反射率（レーザ光６ａに対する反射光６ｂの強度比）が閾値を超えるようにレーザ制御部５ｂによりレーザパワーを制御した。実験により反射率が９０％以上のときに好ましい溶融状態になっていることが分かっていた為、閾値は９０％を用いた。この結果、レーザ光６ａのパワーを１５％程度変動させることにより、実現することができた。

本実施例ではレーザ光６ａのパワーを増減することによりシール材の溶融状態を最適にしているが、レーザ光６ａの走査速度を加減しても構わない。この場合、レーザ光６ａとシール材４ａの相対速度を加減すればよいので、第一の基板１及び第二の基板２をＸＹステージの上に配置し、ＸＹステージの走査速度を加減しても構わない。尚、本実施例のようにレーザ光のパワーを変化させてレーザエネルギーを変化させる装置にした場合、ステージ系の制御機構が不要になるという効果がある。一方、レーザ光の走査速度を変化させてレーザエネルギーを変化させる装置にした場合、光学系からなるレーザパワー制御機構が不要になるという効果がある。

本実施例でレーザ照射時の溶融部位の温度を非接触温度計で測定したところ、温度が変動していることが確認できた。

本実施例の方法で作製された容器の気密性を確認する為に、第二の基板２に設けられた孔を用いて気密チェックを行ったところ、リークが無い事が確認できた。

「第二の実施例」
図４は本発明の製法の第二の実施例を実施するための装置構成を示しており、第一の実施例を実施する製造装置の構成部と同一のものには同じ番号を付してある。

前述した第一の実施例では、シール材４ａを溶融するレーザ光６ａの反射光６ｂを用いて、反射率の変化を検出していた。これに対し、本実施例では反射率の変化を検出する為の参照光であるレーザ光４２ａを出射する光源部４１がレーザ発振部５ａとは別に設けられている。つまり、レーザ発振部を複数用い、接合部材溶融用レーザ光と溶融状態検出用レーザ光とを兼用しない個別の構成としている。

さらに詳述すると、光源部４１から出射されたレーザ光４２ａ（第二のレーザ光）は、レーザ光６ａ（第一のレーザ光）によりシール材４ａが溶融している部分に照射される。その結果、反射光４２ｂが検出部５ｃに入射される。この情報をもとに、反射率が閾値以上になるようにレーザ発振部５ａのレーザパワーを調整することにより、シール材４ａに照射されるレーザエネルギーを制御した。

実験により反射率が９０％以上のときに好ましい溶融状態になっていることが分かっていた為、閾値は９０％を用いた。この結果、レーザ光６ａのパワーを１５％程度変動させることにより、実現することができた。

このように、反射率の変化を検出する為の光源部４１をレーザ照射部５ａとは別に設けることにより、シール材を溶融するのに適したレーザ光、反射率計測に適したレーザ光（光源）を選択することができ、検出精度が向上する。

本実施例では、光源部４１として半導体レーザ（６５０ｎｍ）を用い、反射率の変化を検出した。

本実施例の方法で作製された容器の気密性を確認する為に、第二の基板２に設けられた孔を用いて気密チェックを行ったところ、リークが無い事が確認できた。

「第三の実施例」
図５は本発明の製法の第三の実施例を実施するための装置構成を示しており、第一の実施例を実施する製造装置の構成部と同一のものには同じ番号を付してある。

前述した第一の実施例では、シール材４ａを溶融するレーザ光６ａの反射光６ｂを用いて、反射率の変化を検出していた。これに対し、本実施例では反射率の変化を検出する為の参照光５２ａを、レーザ光６ａを部分反射ミラー５１ａにより分岐することで形成している。つまり、レーザ発振部からのレーザ光を分岐機構で接合部材溶融用レーザと溶融状態検出用レーザとに分岐する構成としている。このような構成では、接合部材を溶融するのに適したレーザ光のパワーと、反射率計測に適したレーザ光（光源）のパワーを選択することができる。また、レーザ発振部を１つ設ければ良い為、装置構成が簡略化される。

さらに詳述すると、レーザ発振部５ａより出射されたレーザ光６ａは部分反射ミラー５１ａにより２つに分岐される。部分反射ミラー５１ａを透過したレーザ光はシール材４ａに照射される。

部分反射ミラー５１ａにより反射されたレーザ光は、全反射ミラー５１ｂによりシール材４ａが溶融している部分に照射される。その結果、反射光５２ｂが検出部５ｃに入射される。この情報をもとに、反射率が閾値以上になるようにレーザ光の走査速度を調整することにより、シール材４ａに照射されるレーザエネルギーを制御した。

実験により反射率が９０％以上のときに好ましい溶融状態になっていることが分かっていた為、閾値は９０％を用いた。この結果、レーザの走査速度を１５％程度変動させることにより、実現することができた。

本実施例でレーザ照射時の溶融部位の温度を非接触温度計で測定したところ、温度が変動していることが確認できた。

本実施例の方法で作製された容器の気密性を確認する為に、第二の基板２に設けられた孔を用いて気密チェックを行ったところ、リークが無い事が確認できた。

「第四の実施例」
図６は本発明の製法の第四の実施例を実施するための装置構成を示しており、第三の実施例を実施する製造装置の構成部と同一のものには同じ番号を付してある。

第三の実施例では、レーザ光の走査速度を調整することにより、レーザエネルギーを制御していた。これに対し、本実施例ではシール材４ａに照射されるレーザ光６ａのパワーを減衰器６１により調整し、シール材４ａに照射されるレーザエネルギーを制御している。

本実施例では減衰器６１として、連続可変型ＮＤフィルターを用いた。

さらに詳述すると、２つに分岐されたレーザ光の内、部分反射ミラー５１ａにより反射されたレーザ光は参照光５２ａとして、全反射ミラー５１ｂによりシール材４ａが溶融している部分に照射される。その結果、反射光５２ｂが検出部５ｃに入射される。この情報をもとに、反射率が閾値以上になるようにレーザ光の走査速度を調整することにより、シール材４ａに照射されるレーザエネルギーを制御した。

実験により反射率が９０％以上のときに好ましい溶融状態になっていることが分かっていた為、閾値は９０％を用いた。この結果、減衰器６１を用いシール材４ａに照射されるレーザパワーを１５％程度変動させることにより、実現することができた。

本実施例でレーザ照射時の溶融部位の温度を非接触温度計で測定したところ、温度が変動していることが確認できた。

本実施例の方法で作製された容器の気密性を確認する為に、第二の基板２に設けられた孔を用いて気密チェックを行ったところ、リークが無い事が確認できた。

「第五の実施例」
図７は前述した実施例の何れかで作製した画像形成装置を一部破断して示した斜視図である。

この図に示される画像形成装置７４は、フェースプレート７１とリアプレート７２と側壁７３とで構成されている。

フェースプレート７１の下面（リアプレート７２との対向面）側において、ガラス基板７１１上にブラックストライプ７１２、蛍光体７１３が形成されており、蛍光体７１３の表面には、導電性部材であるメタルバック（加速電極）７１４が設けられている。

リアプレート７２においては、ガラス基板７２１上に行方向配線７２２、列方向配線７２３、電極間絶縁層（不図示）および電子放出素子７２４が形成されている。

図示される電子放出素子７２４は、一対の素子電極間に電子放出部を有する導電性薄膜が接続された表面伝導型電子放出素子である。本例は、この表面伝導型電子放出素子をＮ×Ｍ個配置し、それぞれ等間隔で形成したＭ本の行方向配線７２２とＮ本の列方向配線７２３でマトリクス配線したマルチ電子ビーム源を有するものとなっている。また、本例においては、行方向配線７２２が電極間絶縁層（不図示）を介して列方向配線７２３上に位置している。しかも行方向配線７２２には引出端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍを介して走査信号が印加され、列方向配線７２３には引出端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを介して変調信号（画像信号）が印加されるものとなっている。

このメタルバック７１４は、リアプレート７２上に形成された電子放出素子７２４から放出される電子を加速して引き上げるためのもので、高圧端子７１５から高電圧が印加され、行方向配線７２２に比して高電位に規定されるものとなっている。本例のような表面伝導型電子放出素子を用いた表示パネルの場合、通常、行方向配線７２２とメタルバック７１４間には５〜２０ＫＶ程度の電位差が形成される。

側壁７３上にシール材を配置し、第一ないし第四の実施例の何れかに示された製造方法を用い、フェースプレート７１と側壁７３を接合させた。

本実施例でレーザ照射時の溶融部位の温度を非接触温度計で測定したところ、温度が変動していることが確認できた。

その後、不図示の真空排気装置で画像形成装置７３の内部を真空に引き、封止を行った。

今回作製された画像形成装置にNTSC方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路（不図示）を用いて画像を表示したところ、真空度低下による放電も発生することなく、画像を表示することができた。

以上のように幾つかの実施例を挙げて本発明の製造方法について説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、各実施例に種々の変更を加えたものも包含する。

本発明の気密容器の製造例を説明する為の図である。 本発明の製法例を説明する為のグラフである。 本発明の製法例を説明する為のグラフである。 本発明の第二の実施例を示した図である。 本発明の第三の実施例を示した図である。 本発明の第四の実施例を示した図である。 本発明の第五の実施例を示した図である。

符号の説明

１ 第一の基板
２ 第二の基板
３ 支持枠
４ａ、４ｂ シール材
５ａ レーザ発振部
５ｂ レーザ制御部
５ｃ 検出部
５ｄ 演算部
６ａ レーザ光
６ｂ 反射光
４１ 光源部
４２ａ レーザ光（参照光）
４２ｂ 反射光
５１ａ 部分反射ミラー
５１ｂ 全反射ミラー
５２ａ 参照光
５２ｂ 反射光
６１ 減衰器

Claims (7)

1. 第一の基板と、第二の基板と、該第一の基板と該第二の基板との周囲を接合する接合部材とを有する気密容器の製造方法であって、
   前記第一の基板と前記第二の基板との間に前記接合部材を配置し、該接合部材にレーザ光を照射しつつ走査し、該レーザ光の反射光に基づいて前記接合部材の溶融状態を判断し、該判断結果に基づいて前記レーザ光の単位面積当たりのレーザエネルギーを制御して、前記第一の基板と前記第二の基板とを前記接合部材で接合することを特徴とする気密容器の製造方法。
2. 第一の基板と、第二の基板と、該第一の基板と該第二の基板との周囲を接合する接合部材とを有する気密容器の製造方法であって、
   前記第一の基板と前記第二の基板との間に前記接合部材を配置し、該接合部材に第一及び第二のレーザ光を照射しつつ走査し、該第二のレーザ光の反射光に基づいて前記接合部材の溶融状態を判断し、該判断結果に基づいて前記第一のレーザ光の単位面積当たりのレーザエネルギーを制御して、前記第一の基板と前記第二の基板とを前記接合部材で接合することを特徴とする気密容器の製造方法。
3. 前記接合部材の溶融状態を、レーザ光の反射率の変化から判断することを特徴とする請求項１または２に記載の気密容器の製造方法。
4. 前記第一のレーザ光と第二のレーザ光とは、それぞれ個別のレーザ発振部から出射されることを特徴とする請求項２または３に記載の気密容器の製造方法。
5. 前記第一のレーザ光と第二のレーザ光とは、１つのレーザ発振部から出射されたレーザ光を分岐機構を用いて複数のレーザ光に分岐することにより得られたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の気密容器の製造方法。
6. 前記レーザ光の走査速度を変化させることにより前記レーザエネルギーを変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の気密容器の製造方法。
7. 前記レーザ光のパワーを変化させることにより前記レーザエネルギーを変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の気密容器の製造方法。

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