平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法及びガラススペーサー
【課題】高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを製造する方法を提供する。
【解決手段】
歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有する素材ガラスを準備する工程と、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程と、延伸されたガラス成形体ガラスを切断する工程とを含むことを特徴とする。また得られるスペーサーは、歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有するガラスからなり、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程を経て得られた平面表示装置用ガラススペーサーにおいて、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となることを特徴とする。
【解決手段】
歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有する素材ガラスを準備する工程と、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程と、延伸されたガラス成形体ガラスを切断する工程とを含むことを特徴とする。また得られるスペーサーは、歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有するガラスからなり、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程を経て得られた平面表示装置用ガラススペーサーにおいて、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平面表示装置用ガラススペーサーに関し、特に電界放出表示装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＥＤ）のスペーサーとして好適な平面表示装置用ガラススペーサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２枚の基板を一定の間隔で保持する方法として、ガラススペーサーを基板間に介在させる方法が知られている。この種の技術は、対向する２枚のガラス基板を一定の間隔で平行に保持する平面表示装置、例えばＦＥＤを製造する際に特に重要である。ＦＥＤは、陰極線管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、ＣＲＴ）で培われた技術を利用でき、また液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ、ＰＤＰ）よりも消費電力が少なくてすむため、次世代の平面表示装置として期待されている表示装置である。
【０００３】
ＦＥＤは、図１に示すように、電子ビームが照射されると発光する蛍光体７を有する前面板８と、電子を放出する素子５が多数形成された背面板３とを、ガラスフリットや紫外線硬化樹脂で気密封止した構造を有している。そして前面板８と背面板３とで形成される装置内部の空間は、電子の照射を可能にするために真空状態にされる。それゆえＦＥＤでは、大気圧により前面板８と背面板３が接触してしまうことを防止する必要があり、その防止のために多数のガラススペーサー１を基板間に設けて間隔を保つことが行われている。
【０００４】
この種の用途に使用されるスペーサーには、高い寸法精度を有することや表示装置の製造工程における熱処理で破損や変形が起きないことが求められる。
【特許文献１】特開平７−１４４９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラススペーサーを、寸法精度よく製造する方法が特許文献１に記載されている。この方法は、予め予備成形した素材ガラスを一定速度で加熱炉に供給して軟化可能な温度に加熱し、軟化した素材ガラスに引張力を与えて延伸成形するというものである。この方法によれば、素材ガラスの断面に相似する断面形状のスペーサーを精度良く作製することができる。また連続的に作製できるため、大量生産が可能である。
【０００６】
ところが延伸成形で作製したガラススペーサーは、表示装置作製時の熱処理工程で破損しやすい。また設計通りの寸法精度が得られない場合もある。
【０００７】
本発明の目的は、高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを製造する方法を提供するものである。
【０００８】
また本発明の第二の目的は、高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等の調査の結果、延伸成形されたガラスは仮想温度が高く、熱収縮と呼ばれる体積収縮を起こしやすいため、延伸成形されたガラススペーサーは、その後の熱処理で体積収縮を起こし易い、ということが判明した。例えばＦＥＤでは、ガラススペーサーは基板に接着固定されており、熱処理によってスペーサーが体積収縮を起こすと応力が発生して破損してしまうと考えられる。
【００１０】
また失透性の悪いガラスを採用した場合、素材ガラスの成形時に生じた失透結晶が延伸成形の精度を低下させてしまう。そこで失透結晶を含む部分を廃棄すると、製造コストが上昇する。
【００１１】
上記知見に基づき、本発明者等は本発明を提案するに至った。
【００１２】
即ち本発明の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法は、歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有する素材ガラスを準備する工程と、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程と、延伸されたガラス成形体ガラスを切断する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
素材ガラスとして、例えばインゴットから切り出した棒状ガラスや、板ガラスを切断した短冊状ガラスを採用することができる。特に板ガラスを切断して得られる短冊状ガラスを素材ガラスとすれば、適当な板厚の板ガラスを採用するだけで延伸成形に適した板厚を得ることができる。つまり素材ガラスの板厚調整のための加工を行う必要がなくなり、切断加工や研磨加工を大幅に省略することが可能となる。
【００１４】
素材ガラスは、歪点が５５０℃以上のガラスからなる。歪点が高いガラスほど、体積収縮の起こる温度が高くなる。つまり熱処理しても体積収縮しない温度域が広くなる。このことは、延伸成形により成形されたガラススペーサーにとって、破損等の危険が少なくなるということを意味している。それゆえガラスの歪点は高い程好ましく、５７０℃以上、特に５８０℃以上であることが望ましい。
【００１５】
また素材ガラスは、液相温度が１１５０℃以下のガラスからなる。液相温度が低いほど、素材ガラスの成形時、特に板ガラスの成形時に失透結晶が生じにくくなる。つまり失透結晶の存在によって延伸成形の精度が低下する恐れが小さくなる。また失透結晶を含む部分が減少すると、廃棄する素材ガラス量を少なくすることもできる。それゆえ液相温度は低い程好ましく、１１３０℃以下、１１００℃以下、特に１０５０℃以下であることが望ましい。また液相温度におけるガラスの粘度が高い程、成形が容易となるため好ましく、１０4.0ｄＰａ・ｓ以上、１０4.3ｄＰａ・ｓ以上、１０4.5ｄＰａ・ｓ以上、１０4.7ｄＰａ・ｓ以上、さらには１０5.0ｄＰａ・ｓ以上であることが望ましい。
【００１６】
また素材ガラスは、延伸成形の際に失透結晶を生じにくいガラスからなることが好ましい。そのようなガラスとは、以下の評価方法で定義される特性を有するものである。その方法とは、まず光学研磨面を有するガラスを大気中、１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度に設定された熱処理炉内に入れて１時間保持する。その後熱処理炉から試料を取り出し室温まで自然冷却した後、ガラス表面に析出した長径１μｍ以上の失透結晶の数を光学顕微鏡にてカウントする。この評価において、失透結晶の数が１００個／ｍｍ2以下となるガラスであれば、延伸成形を行っても失透結晶が生じにくいと予測でき、本発明の方法に使用する素材ガラスとして好ましいと言える。
【００１７】
また素材ガラスは、平面表示装置の基板材料と適合する熱膨張係数を有していることが好ましい。熱膨張係数が適合しない場合、表示装置作製時の熱処理によって発生する応力でスペーサーが破損し易くなるからである。例えば３０−３８０℃の温度範囲において基板材料の熱膨張係数が８５×１０-7／℃の場合、素材ガラスの好適な熱膨張係数は、５０〜９５×１０-7／℃、６０〜９５×１０-7／℃、７０〜９５×１０-7／℃、７５〜９５×１０-7／℃、さらには８２〜８８×１０-7／℃である。
【００１８】
上記した種々の特性を満たすガラスは、例えば質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％の組成範囲内で作製可能である。このように組成範囲を決定した理由を以下に述べる。なお以下の説明では、特に断りがない限り“％”は“質量％”を意味する。
【００１９】
ＳｉＯ2の含有量は５０〜７５％である。ＳｉＯ2の含有量が多くなると、ガラスの溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が小さくなりすぎて周辺材料との整合性が取り難くなったりするので７５％以下、７０％以下、６８％以下、６５％以下、さらには６０％以下であることが望ましい。一方、含有量が少なくなると、熱膨張係数が大きくなりガラスの耐熱衝撃性が低下するため、５０％以上、５２％以上であることが望ましい。
【００２０】
Ａｌ2Ｏ3は歪点を上昇させる効果があり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただし含有量が多くなると、ガラス表面に失透結晶が析出しやすくなったり、ガラスの高温粘度が高くなったり、溶融、成形が難しくなったりする。また熱膨張係数が小さくなって周辺材料との整合性が取り難くなるので、１１％以下、１０．５％以下、１０％以下、９％以下、特に７．５％以下に制限することが望ましい。
【００２１】
ＭｇＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただしＭｇＯの含有量が多くなるとガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため、１０％以下、８．５％以下、さらには５％以下に制限することが望ましい。
【００２２】
ＣａＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただしＣａＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため、１２％以下、９％以下、５％以下、さらには３％以下に制限することが望ましい。
【００２３】
ＳｒＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただしＳｒＯの含有量が多くなるとガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため１５％以下、１１％以下、さらには１０％以下に制限することが望ましい。
【００２４】
ＢａＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．０５％以上、特に０．１％以上含有させることが好ましい。ただしＢａＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため、１２％以下、１０％以下、さらには９％以下に制限することが望ましい。
【００２５】
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量は１０〜３０％である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量が多くなるとガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため３０％以下、２８％以下、２５％以下であることが望ましい、またＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量が少ないと歪点が低下しやすくなるため、１０％以上、１２％以上、１3％以上、１４％以上であることが望ましい。
【００２６】
Ｎａ2Ｏは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分である。また、ガラスの熱膨張係数を調整する成分でもあり、１％以上、特に１．５％以上含有させることが好ましい。Ｎａ2Ｏの含有量が多くなるとガラスが失透しやすくなる上、熱膨張係数が大きくなりすぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数と整合し難くなったりする。また歪点も低下する傾向にあるため、１５％以下、１２％以下、９％以下、７％以下、さらには５％以下に制限することが好ましい。
【００２７】
Ｋ2Ｏは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分である。また、ガラスの熱膨張係数を調整する成分でもあり、０．１％以上、０．５％以上、３％以上、特に４％以上含有させることが好ましい。Ｋ2Ｏの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなる上、熱膨張係数が大きくなりすぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数と整合し難くなったりする。また歪点も低下する傾向にあるため１５％以下、１２％以下、９％以下、さらには８％以下に制限することが好ましい。
【００２８】
ＺｒＯ2は、歪点を上昇させる成分である。ＺｒＯ2の含有量が多くなると、失透ブツが発生する傾向にあり、成形が難しくなるため１０％以下、８％以下、さらには７％以下に制限することが好ましい。一方、耐熱性をより高めるためには２％以上、さらには４．５％を超えて含有させることが好ましい。
【００２９】
またこの他にもガラスの特性を損なわない範囲で他の成分を添加することが可能である。例えば清澄剤としてＳＯ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、およびＳｎＯ2の群から選択された１種または２種以上を０〜３％含有させてもよい。Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等の高価な元素は安価に製造するという点から５％以下、好ましくは４％以下、より好ましくは３％以下、更に好ましくは１％以下、最も好ましくは０．２％以下に制限すべきである。またＦｅ2Ｏ3などの着色元素はガラスの赤外透過率を低下させ、溶融時に赤外線による生地の温度上昇が妨げられるため、生地温度が上がりにくく、泡品位に影響するので３％以下、好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下に制限すべきである。なお１１００ｎｍにおける好ましい赤外線透過率は板厚２．８ｍｍで６０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは７５％以上である。
【００３０】
また素材ガラスの作製に用いる板ガラスは、フロート法やダウンドロー法（スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法等）によって、溶融ガラスから直接板状に成形されたものであることが好ましい。さらに短冊状ガラスのハンドリング性を考慮すると、１．５〜８ｍｍ、１．８〜６ｍｍ、２．５〜６ｍｍ程度のやや肉厚の板ガラスである方が有利である。この観点から、比較的肉厚の板ガラスの成形に向いているフロート成形を、板ガラスの成形法として採用することが望ましい。またフロート法やダウンドロー法で作製された板ガラスは、高い表面品位を有しており、表面を研磨することなく短冊状ガラスの作製に供することが可能である。
【００３１】
素材ガラスとして使用可能な短冊状ガラスは、板ガラスを切断加工して作製される。板ガラスの表面品位が十分に良好であれば、板ガラス表面を研磨することなしに切断加工することが好ましい。なお切断面、或いは切断面に隣接する稜線部は、欠けやクラック防止、及び寸法精度向上のために研磨等の処理を施してもよい。
【００３２】
ガラススペーサーは、素材ガラスを延伸成形することにより作製される。短冊状ガラスを素材ガラスとして使用する場合、表面品位が十分に良好であれば、短冊状ガラス表面を研磨することなしに延伸成形に供することが好ましい。
【００３３】
素材ガラスの延伸成形は、一方の端部を固定した素材ガラスを、延伸可能な温度に加熱しながら、ガラスの他端を連続的に引き出すことにより行う。ところでガラスは再加熱されると失透結晶が析出する傾向がある。延伸成形において、成形途中でガラス表面に結晶が析出すると、ガラスが全く伸びず成形できない、延伸途中で破断する、失透結晶とガラスとの熱膨張差による割れが生じる、失透結晶の存在により寸法精度が低下する、といった問題が生じる。それゆえ失透結晶（具体的には長径１μｍ以上の失透結晶）がガラス中、特にガラス表面に析出しない条件で延伸成形することが重要である。失透結晶を析出させないようにするには、短冊状ガラスの組成や大きさに適した加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気等に調整すればよい。これらの条件の中でも加熱温度及び加熱時間は重要な要素である。つまり加熱温度が低くなるとガラスが延伸可能な状態になるまで時間がかかり、加熱時間が長くなれば、ガラス表面に失透結晶が析出し易くなる。またガラスが延伸可能な状態になるよう、十分な時間をかけて加熱炉の中に送り込む必要があるため、延伸速度を遅くせざるを得なくなるということであり、高い生産性が期待できないということを意味する。一方、加熱温度が高くなると、寸法精度が低下しやすい。好適な加熱温度は、ガラスが１０5.5ｄＰａ・ｓから１０7.5ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度である。
【００３４】
延伸成形されたガラス成形体を所定の長さに切断することで平面表示装置用スペーサーを得ることができる。切断面、或いは切断面に隣接する稜線部は、欠けやクラック防止のために研磨、エッチング等の処理を施してもよい。またＦＥＤ用途の場合、スペーサーの帯電や電子軌道の歪曲を防止する目的で、スペーサー表面に導電膜を付与して表面抵抗を調整することが好ましい。膜形成にはディップ、スプレー、スパッタ、ＣＶＤ等の方法が採用できる。なお導電膜の形成は、延伸成形後の独立した工程で行ってもよいが、延伸と同時に行っても差し支えない。
【００３５】
なおこのようにして作製されたガラススペーサーは、そのまま基板に接着固定して使用されるが、例えば自立性を高めるために他の部材と組み合わせて井桁形状等にした後、使用しても差し支えない。
【００３６】
また本発明の平面表示装置用ガラススペーサーは、歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有するガラスからなり、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となることを特徴とする。
【００３７】
ガラススペーサーを構成するガラスは、歪点が５５０℃以上のガラスである。歪点が高いガラスでスペーサーが作製されていれば、熱収縮の起こる温度が高いため、ＦＥＤ製造時等の熱工程における破損等が起こりにくくなる。特に延伸成形で作製されたスペーサーの場合、熱収縮率が大きいため、歪点が高いことは非常に有利である。スペーサーを構成するガラスの歪点は高い程好ましく、５７０℃以上、５８０℃以上であることが望ましい。
【００３８】
またガラススペーサーを構成するガラスは、液相温度が１１５０℃以下のガラスである。液相温度が低いほど、素材ガラスを所定の形状に成形し易くなる。また成形時に失透結晶が生じにくくなる。特に延伸成形で作製されるスペーサーにとっては、素材ガラスに失透結晶が存在していないことが望まれる。つまり素材ガラスに失透結晶が存在していると、延伸成形によって寸法精度の高いスペーサーを得ることが困難になる。それゆえ液相温度は低い程好ましく、１１３０℃以下、１１００℃以下、特に１０５０℃以下であることが望ましい。また液相温度におけるガラスの粘度が高い程、素材ガラスの成形が容易になるため有利であり、１０4.0ｄＰａ・ｓ以上、１０4.3ｄＰａ・ｓ以上、１０4.5ｄＰａ・ｓ以上、１０4.7ｄＰａ・ｓ以上、さらには１０5.0ｄＰａ・ｓ以上であることが望ましい。
【００３９】
またガラススペーサーは、図２に示すように、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となる。この値が小さいと、スペーサーの高さ方向の寸法精度が高いことを意味する。スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差は、平均高さｈaveの５％以下、１％以下、０．５％、０．１％以下、特に０．０５％以下であることが好ましい。寸法精度の高いスペーサーを得るには、上述したように、失透結晶を含まない素材ガラスを用い、失透結晶が生じない条件で延伸成形することが好ましい。また素材ガラスを精度良く作製しておくことも重要である。なお本発明におけるスペーサーの「最大高さｈmax」、「最小高さｈmin」、及び「平均高さｈave」は、以下の様にして定義する。平面表示装置の基板平面に対して平行方向となる寸法をガラススペーサーの長さｌとした時に、長さｌを１０等分した各点（両端部を含む）における高さｈ1、ｈ2、・・・ｈ11を測定する。そしてその中で最大のものを最大高さｈmax、最小のものを最小高さｈmin、ｈ1〜ｈ11の平均値を平均高さｈaveと規定する。
【００４０】
またガラススペーサーは、再加熱したときに失透結晶が生じにくいガラスで作製されていることが好ましい。特に延伸成形で作製されるスペーサーにとっては、延伸成形時の加熱でガラスに失透結晶が生じないことが望まれる。つまり成形時に失透結晶が生じると、延伸成形によって寸法精度の高いスペーサーを歩留まりよく得ることが困難になる。失透結晶の生じ易さは次の評価により判断できる。まず光学研磨面を有するガラスを大気中、１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度に設定された熱処理炉内にいれて１時間保持する。その後熱処理炉から試料を取り出して室温まで自然冷却した後、長径１μｍ以上の失透結晶の数を光学顕微鏡にてカウントする。このときのガラス表面に析出する長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下であれば失透結晶は生じ難いと判断できる。好適には５０個／ｍｍ2以下、１０個／ｍｍ2以下、さらには１個／ｍｍ2以下であるが、失透結晶が皆無であることが理想である。
【００４１】
またガラススペーサーは、平面表示装置の基板材料と適合する熱膨張係数を有するガラスからなることが好ましい。熱膨張係数が適合しない場合、表示装置作製時の熱処理によって発生する応力でスペーサーが破損し易くなるからである。例えば３０−３８０℃の温度範囲において基板材料の熱膨張係数が８５×１０−７／℃の場合、素材ガラスの好適な熱膨張係数は、５０〜９５×１０-7／℃、６０〜９５×１０-7／℃、７０〜９５×１０-7／℃、７５〜９５×１０-7／℃、さらには８２〜８８×１０-7／℃である。
【００４２】
またガラススペーサーは、ガラス中に失透結晶が存在しないことが好ましい。ガラス中に失透結晶が存在するガラススペーサーは、ガラス相と失透結晶相の熱膨張差により、熱処理時に割れが生じる恐れがある。なお失透結晶とは長径１μｍ以上の結晶物を指す。
【００４３】
上記した種々の特性を満たすガラススペーサーは、例えば質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％の組成範囲内のガラスにより作製可能である。このように組成範囲を決定した理由は上述の通りである。
【００４４】
また本発明の平面表示装置用ガラススペーサーは、質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％含有し、液相温度が１１５０℃以下、歪点が５５０℃以上、３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃であることを特徴とする。このように組成範囲及び特性を決定した理由は上述の通りである。
【００４５】
なお本発明のガラススペーサー表面に導電膜を形成し、表面抵抗を調整しても良い。
【００４６】
また本発明のガラススペーサーは、そのままスペーサーとして使用されるが、井桁状等の複雑な形状を有するスペーサーの組み立て用部材として使用してもよい。また本発明のスペーサーを作製するには、上記した延伸成形を用いる方法を利用することが好ましい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の方法によれば、高い寸法精度を有し、しかも平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを製造することができる。またＦＥＤ用途では、エミッタから放出される電子を遮らないように、アスペクト比の高いスペーサーが好まれるが、本発明の方法ではこのようなスペーサーを容易に作製できる。
【００４８】
また素材ガラスとして、板ガラスを切断した短冊状ガラスを使用すれば、素材ガラスの作製コストを低減できるために安価にスペーサーを作製することができる。
【００４９】
本発明のガラススペーサーは、高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないため、平面表示装置、特にＦＥＤのガラススペーサーとして好適である。
【実施例１】
【００５０】
実施例１は、本発明に使用するガラスについて、種々の特性を評価したものである。
【００５１】
評価は、まず表１、２の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃で４時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形し、各種の評価に供した。結果を各表に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
なお再加熱時の失透性については以下のような方法で測定を行った。まず作製したガラス試料の表面に光学研磨を施し、１０6.5ｄＰａ・ｓにおける温度で１時間熱処理を行った。次いで室温まで冷却した後、表面を顕微鏡で観察し失透結晶のサイズ及び数を確認した。このとき、失透結晶の数が０〜２０個／ｍｍ2であれば◎、２１〜５０個／ｍｍ2であれば〇、５１〜１００個／ｍｍ2であれば△とした。この評価により、◎、〇、△、即ち、長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下であれば、延伸成形時の再加熱で失透結晶が生じ難いガラスであると判断できる。
【００５５】
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。
【００５６】
歪点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に基づいて測定した。この値が高いほど、ガラスの耐熱性が高くなる。
【００５７】
軟化点は ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に基づいて測定を行った。
【００５８】
粘度１０4.0、１０3.0、１０2.5のｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した。この温度が低いほど、溶融性に優れていることになる。
【００５９】
液相温度の測定は、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定したものである。液相粘度は液相温度における各ガラスの粘度を示す。液相粘度が高く、液相温度が低いほど、耐失透性に優れ、成形性に優れているといえる。
【００６０】
熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定したものである。
【００６１】
体積抵抗率ｌｏｇρ（単位：Ω・ｃｍの常用対数）は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７に基づく方法において測定した。板厚２．８ｍｍのガラスの１１００ｎｍにおける赤外透過率はＵＶ３１００（島津製作所）を使用しスリット幅２ｎｍにおいて測定した。
【実施例２】
【００６２】
実施例２は、本発明のガラススペーサーの製造方法を具体的に説明するものである。
【００６３】
まず、実施例１におけるＮｏ．８の組成を有し、フロート成形された厚さ２．８ｍｍの板ガラスを準備した。なお板ガラスには未研磨品を使用した。
【００６４】
次に板ガラスを１０００×２８×２．８ｍｍの大きさに切断加工し、切断面のみを研磨して短冊状ガラスを得た。
【００６５】
続いてＮｏ．８のガラスの１０8.4ｄＰａ・ｓ〜１０5.4ｄＰａ・ｓの粘度に相当する８００℃〜１０００℃の温度に保持された電気炉の上部から、５ｍｍ／分の速度で短冊状ガラスを連続的に送り込み、軟化変形が可能となるように加熱した。さらに軟化変形により下方に伸び始めた短冊状ガラスの下端を、駆動するローラー対で保持し引張力を与えて延伸させ、切断することにより、１００ｍｍ×２ｍｍ×０．２ｍｍの大きさのガラススペーサ−を得た。
【００６６】
このようにして作製したガラススペーサーの高さｈを１０ｍｍおきに画像処理装置付き顕微鏡で観察した。各測定点の高さｈ1〜ｈ11を表３に示す。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３から、本発明の方法により作製したガラススペーサーは、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの値の約０．０４％であり、非常に寸法精度が高いことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のガラススペーサーは、ＦＥＤ用途に限られるものではなく、その他の平面表示装置のスペーサーとしても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ＦＥＤの構造概略説明図である
【図２】本発明のスペーサーの一例である
【符号の説明】
【００７１】
１ スペーサー
２ ゲートライン
３ 背面板
４ エミッタライン
５ 電子放出素子
６ ブラックマトリックス
７ 蛍光体
８ 前面板
【技術分野】
【０００１】
本発明は平面表示装置用ガラススペーサーに関し、特に電界放出表示装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＥＤ）のスペーサーとして好適な平面表示装置用ガラススペーサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２枚の基板を一定の間隔で保持する方法として、ガラススペーサーを基板間に介在させる方法が知られている。この種の技術は、対向する２枚のガラス基板を一定の間隔で平行に保持する平面表示装置、例えばＦＥＤを製造する際に特に重要である。ＦＥＤは、陰極線管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、ＣＲＴ）で培われた技術を利用でき、また液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ、ＰＤＰ）よりも消費電力が少なくてすむため、次世代の平面表示装置として期待されている表示装置である。
【０００３】
ＦＥＤは、図１に示すように、電子ビームが照射されると発光する蛍光体７を有する前面板８と、電子を放出する素子５が多数形成された背面板３とを、ガラスフリットや紫外線硬化樹脂で気密封止した構造を有している。そして前面板８と背面板３とで形成される装置内部の空間は、電子の照射を可能にするために真空状態にされる。それゆえＦＥＤでは、大気圧により前面板８と背面板３が接触してしまうことを防止する必要があり、その防止のために多数のガラススペーサー１を基板間に設けて間隔を保つことが行われている。
【０００４】
この種の用途に使用されるスペーサーには、高い寸法精度を有することや表示装置の製造工程における熱処理で破損や変形が起きないことが求められる。
【特許文献１】特開平７−１４４９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラススペーサーを、寸法精度よく製造する方法が特許文献１に記載されている。この方法は、予め予備成形した素材ガラスを一定速度で加熱炉に供給して軟化可能な温度に加熱し、軟化した素材ガラスに引張力を与えて延伸成形するというものである。この方法によれば、素材ガラスの断面に相似する断面形状のスペーサーを精度良く作製することができる。また連続的に作製できるため、大量生産が可能である。
【０００６】
ところが延伸成形で作製したガラススペーサーは、表示装置作製時の熱処理工程で破損しやすい。また設計通りの寸法精度が得られない場合もある。
【０００７】
本発明の目的は、高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを製造する方法を提供するものである。
【０００８】
また本発明の第二の目的は、高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等の調査の結果、延伸成形されたガラスは仮想温度が高く、熱収縮と呼ばれる体積収縮を起こしやすいため、延伸成形されたガラススペーサーは、その後の熱処理で体積収縮を起こし易い、ということが判明した。例えばＦＥＤでは、ガラススペーサーは基板に接着固定されており、熱処理によってスペーサーが体積収縮を起こすと応力が発生して破損してしまうと考えられる。
【００１０】
また失透性の悪いガラスを採用した場合、素材ガラスの成形時に生じた失透結晶が延伸成形の精度を低下させてしまう。そこで失透結晶を含む部分を廃棄すると、製造コストが上昇する。
【００１１】
上記知見に基づき、本発明者等は本発明を提案するに至った。
【００１２】
即ち本発明の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法は、歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有する素材ガラスを準備する工程と、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程と、延伸されたガラス成形体ガラスを切断する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
素材ガラスとして、例えばインゴットから切り出した棒状ガラスや、板ガラスを切断した短冊状ガラスを採用することができる。特に板ガラスを切断して得られる短冊状ガラスを素材ガラスとすれば、適当な板厚の板ガラスを採用するだけで延伸成形に適した板厚を得ることができる。つまり素材ガラスの板厚調整のための加工を行う必要がなくなり、切断加工や研磨加工を大幅に省略することが可能となる。
【００１４】
素材ガラスは、歪点が５５０℃以上のガラスからなる。歪点が高いガラスほど、体積収縮の起こる温度が高くなる。つまり熱処理しても体積収縮しない温度域が広くなる。このことは、延伸成形により成形されたガラススペーサーにとって、破損等の危険が少なくなるということを意味している。それゆえガラスの歪点は高い程好ましく、５７０℃以上、特に５８０℃以上であることが望ましい。
【００１５】
また素材ガラスは、液相温度が１１５０℃以下のガラスからなる。液相温度が低いほど、素材ガラスの成形時、特に板ガラスの成形時に失透結晶が生じにくくなる。つまり失透結晶の存在によって延伸成形の精度が低下する恐れが小さくなる。また失透結晶を含む部分が減少すると、廃棄する素材ガラス量を少なくすることもできる。それゆえ液相温度は低い程好ましく、１１３０℃以下、１１００℃以下、特に１０５０℃以下であることが望ましい。また液相温度におけるガラスの粘度が高い程、成形が容易となるため好ましく、１０4.0ｄＰａ・ｓ以上、１０4.3ｄＰａ・ｓ以上、１０4.5ｄＰａ・ｓ以上、１０4.7ｄＰａ・ｓ以上、さらには１０5.0ｄＰａ・ｓ以上であることが望ましい。
【００１６】
また素材ガラスは、延伸成形の際に失透結晶を生じにくいガラスからなることが好ましい。そのようなガラスとは、以下の評価方法で定義される特性を有するものである。その方法とは、まず光学研磨面を有するガラスを大気中、１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度に設定された熱処理炉内に入れて１時間保持する。その後熱処理炉から試料を取り出し室温まで自然冷却した後、ガラス表面に析出した長径１μｍ以上の失透結晶の数を光学顕微鏡にてカウントする。この評価において、失透結晶の数が１００個／ｍｍ2以下となるガラスであれば、延伸成形を行っても失透結晶が生じにくいと予測でき、本発明の方法に使用する素材ガラスとして好ましいと言える。
【００１７】
また素材ガラスは、平面表示装置の基板材料と適合する熱膨張係数を有していることが好ましい。熱膨張係数が適合しない場合、表示装置作製時の熱処理によって発生する応力でスペーサーが破損し易くなるからである。例えば３０−３８０℃の温度範囲において基板材料の熱膨張係数が８５×１０-7／℃の場合、素材ガラスの好適な熱膨張係数は、５０〜９５×１０-7／℃、６０〜９５×１０-7／℃、７０〜９５×１０-7／℃、７５〜９５×１０-7／℃、さらには８２〜８８×１０-7／℃である。
【００１８】
上記した種々の特性を満たすガラスは、例えば質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％の組成範囲内で作製可能である。このように組成範囲を決定した理由を以下に述べる。なお以下の説明では、特に断りがない限り“％”は“質量％”を意味する。
【００１９】
ＳｉＯ2の含有量は５０〜７５％である。ＳｉＯ2の含有量が多くなると、ガラスの溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が小さくなりすぎて周辺材料との整合性が取り難くなったりするので７５％以下、７０％以下、６８％以下、６５％以下、さらには６０％以下であることが望ましい。一方、含有量が少なくなると、熱膨張係数が大きくなりガラスの耐熱衝撃性が低下するため、５０％以上、５２％以上であることが望ましい。
【００２０】
Ａｌ2Ｏ3は歪点を上昇させる効果があり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただし含有量が多くなると、ガラス表面に失透結晶が析出しやすくなったり、ガラスの高温粘度が高くなったり、溶融、成形が難しくなったりする。また熱膨張係数が小さくなって周辺材料との整合性が取り難くなるので、１１％以下、１０．５％以下、１０％以下、９％以下、特に７．５％以下に制限することが望ましい。
【００２１】
ＭｇＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただしＭｇＯの含有量が多くなるとガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため、１０％以下、８．５％以下、さらには５％以下に制限することが望ましい。
【００２２】
ＣａＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただしＣａＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため、１２％以下、９％以下、５％以下、さらには３％以下に制限することが望ましい。
【００２３】
ＳｒＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．１％以上、特に０．５％以上含有させることが好ましい。ただしＳｒＯの含有量が多くなるとガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため１５％以下、１１％以下、さらには１０％以下に制限することが望ましい。
【００２４】
ＢａＯは、歪点を低下させずにガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分であり、０．０５％以上、特に０．１％以上含有させることが好ましい。ただしＢａＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため、１２％以下、１０％以下、さらには９％以下に制限することが望ましい。
【００２５】
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量は１０〜３０％である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量が多くなるとガラスが失透しやすくなったり、熱膨張係数が高くなったりする傾向にあるため３０％以下、２８％以下、２５％以下であることが望ましい、またＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量が少ないと歪点が低下しやすくなるため、１０％以上、１２％以上、１3％以上、１４％以上であることが望ましい。
【００２６】
Ｎａ2Ｏは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分である。また、ガラスの熱膨張係数を調整する成分でもあり、１％以上、特に１．５％以上含有させることが好ましい。Ｎａ2Ｏの含有量が多くなるとガラスが失透しやすくなる上、熱膨張係数が大きくなりすぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数と整合し難くなったりする。また歪点も低下する傾向にあるため、１５％以下、１２％以下、９％以下、７％以下、さらには５％以下に制限することが好ましい。
【００２７】
Ｋ2Ｏは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高める成分である。また、ガラスの熱膨張係数を調整する成分でもあり、０．１％以上、０．５％以上、３％以上、特に４％以上含有させることが好ましい。Ｋ2Ｏの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなる上、熱膨張係数が大きくなりすぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数と整合し難くなったりする。また歪点も低下する傾向にあるため１５％以下、１２％以下、９％以下、さらには８％以下に制限することが好ましい。
【００２８】
ＺｒＯ2は、歪点を上昇させる成分である。ＺｒＯ2の含有量が多くなると、失透ブツが発生する傾向にあり、成形が難しくなるため１０％以下、８％以下、さらには７％以下に制限することが好ましい。一方、耐熱性をより高めるためには２％以上、さらには４．５％を超えて含有させることが好ましい。
【００２９】
またこの他にもガラスの特性を損なわない範囲で他の成分を添加することが可能である。例えば清澄剤としてＳＯ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、およびＳｎＯ2の群から選択された１種または２種以上を０〜３％含有させてもよい。Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等の高価な元素は安価に製造するという点から５％以下、好ましくは４％以下、より好ましくは３％以下、更に好ましくは１％以下、最も好ましくは０．２％以下に制限すべきである。またＦｅ2Ｏ3などの着色元素はガラスの赤外透過率を低下させ、溶融時に赤外線による生地の温度上昇が妨げられるため、生地温度が上がりにくく、泡品位に影響するので３％以下、好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下に制限すべきである。なお１１００ｎｍにおける好ましい赤外線透過率は板厚２．８ｍｍで６０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは７５％以上である。
【００３０】
また素材ガラスの作製に用いる板ガラスは、フロート法やダウンドロー法（スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法等）によって、溶融ガラスから直接板状に成形されたものであることが好ましい。さらに短冊状ガラスのハンドリング性を考慮すると、１．５〜８ｍｍ、１．８〜６ｍｍ、２．５〜６ｍｍ程度のやや肉厚の板ガラスである方が有利である。この観点から、比較的肉厚の板ガラスの成形に向いているフロート成形を、板ガラスの成形法として採用することが望ましい。またフロート法やダウンドロー法で作製された板ガラスは、高い表面品位を有しており、表面を研磨することなく短冊状ガラスの作製に供することが可能である。
【００３１】
素材ガラスとして使用可能な短冊状ガラスは、板ガラスを切断加工して作製される。板ガラスの表面品位が十分に良好であれば、板ガラス表面を研磨することなしに切断加工することが好ましい。なお切断面、或いは切断面に隣接する稜線部は、欠けやクラック防止、及び寸法精度向上のために研磨等の処理を施してもよい。
【００３２】
ガラススペーサーは、素材ガラスを延伸成形することにより作製される。短冊状ガラスを素材ガラスとして使用する場合、表面品位が十分に良好であれば、短冊状ガラス表面を研磨することなしに延伸成形に供することが好ましい。
【００３３】
素材ガラスの延伸成形は、一方の端部を固定した素材ガラスを、延伸可能な温度に加熱しながら、ガラスの他端を連続的に引き出すことにより行う。ところでガラスは再加熱されると失透結晶が析出する傾向がある。延伸成形において、成形途中でガラス表面に結晶が析出すると、ガラスが全く伸びず成形できない、延伸途中で破断する、失透結晶とガラスとの熱膨張差による割れが生じる、失透結晶の存在により寸法精度が低下する、といった問題が生じる。それゆえ失透結晶（具体的には長径１μｍ以上の失透結晶）がガラス中、特にガラス表面に析出しない条件で延伸成形することが重要である。失透結晶を析出させないようにするには、短冊状ガラスの組成や大きさに適した加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気等に調整すればよい。これらの条件の中でも加熱温度及び加熱時間は重要な要素である。つまり加熱温度が低くなるとガラスが延伸可能な状態になるまで時間がかかり、加熱時間が長くなれば、ガラス表面に失透結晶が析出し易くなる。またガラスが延伸可能な状態になるよう、十分な時間をかけて加熱炉の中に送り込む必要があるため、延伸速度を遅くせざるを得なくなるということであり、高い生産性が期待できないということを意味する。一方、加熱温度が高くなると、寸法精度が低下しやすい。好適な加熱温度は、ガラスが１０5.5ｄＰａ・ｓから１０7.5ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度である。
【００３４】
延伸成形されたガラス成形体を所定の長さに切断することで平面表示装置用スペーサーを得ることができる。切断面、或いは切断面に隣接する稜線部は、欠けやクラック防止のために研磨、エッチング等の処理を施してもよい。またＦＥＤ用途の場合、スペーサーの帯電や電子軌道の歪曲を防止する目的で、スペーサー表面に導電膜を付与して表面抵抗を調整することが好ましい。膜形成にはディップ、スプレー、スパッタ、ＣＶＤ等の方法が採用できる。なお導電膜の形成は、延伸成形後の独立した工程で行ってもよいが、延伸と同時に行っても差し支えない。
【００３５】
なおこのようにして作製されたガラススペーサーは、そのまま基板に接着固定して使用されるが、例えば自立性を高めるために他の部材と組み合わせて井桁形状等にした後、使用しても差し支えない。
【００３６】
また本発明の平面表示装置用ガラススペーサーは、歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有するガラスからなり、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となることを特徴とする。
【００３７】
ガラススペーサーを構成するガラスは、歪点が５５０℃以上のガラスである。歪点が高いガラスでスペーサーが作製されていれば、熱収縮の起こる温度が高いため、ＦＥＤ製造時等の熱工程における破損等が起こりにくくなる。特に延伸成形で作製されたスペーサーの場合、熱収縮率が大きいため、歪点が高いことは非常に有利である。スペーサーを構成するガラスの歪点は高い程好ましく、５７０℃以上、５８０℃以上であることが望ましい。
【００３８】
またガラススペーサーを構成するガラスは、液相温度が１１５０℃以下のガラスである。液相温度が低いほど、素材ガラスを所定の形状に成形し易くなる。また成形時に失透結晶が生じにくくなる。特に延伸成形で作製されるスペーサーにとっては、素材ガラスに失透結晶が存在していないことが望まれる。つまり素材ガラスに失透結晶が存在していると、延伸成形によって寸法精度の高いスペーサーを得ることが困難になる。それゆえ液相温度は低い程好ましく、１１３０℃以下、１１００℃以下、特に１０５０℃以下であることが望ましい。また液相温度におけるガラスの粘度が高い程、素材ガラスの成形が容易になるため有利であり、１０4.0ｄＰａ・ｓ以上、１０4.3ｄＰａ・ｓ以上、１０4.5ｄＰａ・ｓ以上、１０4.7ｄＰａ・ｓ以上、さらには１０5.0ｄＰａ・ｓ以上であることが望ましい。
【００３９】
またガラススペーサーは、図２に示すように、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となる。この値が小さいと、スペーサーの高さ方向の寸法精度が高いことを意味する。スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差は、平均高さｈaveの５％以下、１％以下、０．５％、０．１％以下、特に０．０５％以下であることが好ましい。寸法精度の高いスペーサーを得るには、上述したように、失透結晶を含まない素材ガラスを用い、失透結晶が生じない条件で延伸成形することが好ましい。また素材ガラスを精度良く作製しておくことも重要である。なお本発明におけるスペーサーの「最大高さｈmax」、「最小高さｈmin」、及び「平均高さｈave」は、以下の様にして定義する。平面表示装置の基板平面に対して平行方向となる寸法をガラススペーサーの長さｌとした時に、長さｌを１０等分した各点（両端部を含む）における高さｈ1、ｈ2、・・・ｈ11を測定する。そしてその中で最大のものを最大高さｈmax、最小のものを最小高さｈmin、ｈ1〜ｈ11の平均値を平均高さｈaveと規定する。
【００４０】
またガラススペーサーは、再加熱したときに失透結晶が生じにくいガラスで作製されていることが好ましい。特に延伸成形で作製されるスペーサーにとっては、延伸成形時の加熱でガラスに失透結晶が生じないことが望まれる。つまり成形時に失透結晶が生じると、延伸成形によって寸法精度の高いスペーサーを歩留まりよく得ることが困難になる。失透結晶の生じ易さは次の評価により判断できる。まず光学研磨面を有するガラスを大気中、１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度に設定された熱処理炉内にいれて１時間保持する。その後熱処理炉から試料を取り出して室温まで自然冷却した後、長径１μｍ以上の失透結晶の数を光学顕微鏡にてカウントする。このときのガラス表面に析出する長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下であれば失透結晶は生じ難いと判断できる。好適には５０個／ｍｍ2以下、１０個／ｍｍ2以下、さらには１個／ｍｍ2以下であるが、失透結晶が皆無であることが理想である。
【００４１】
またガラススペーサーは、平面表示装置の基板材料と適合する熱膨張係数を有するガラスからなることが好ましい。熱膨張係数が適合しない場合、表示装置作製時の熱処理によって発生する応力でスペーサーが破損し易くなるからである。例えば３０−３８０℃の温度範囲において基板材料の熱膨張係数が８５×１０−７／℃の場合、素材ガラスの好適な熱膨張係数は、５０〜９５×１０-7／℃、６０〜９５×１０-7／℃、７０〜９５×１０-7／℃、７５〜９５×１０-7／℃、さらには８２〜８８×１０-7／℃である。
【００４２】
またガラススペーサーは、ガラス中に失透結晶が存在しないことが好ましい。ガラス中に失透結晶が存在するガラススペーサーは、ガラス相と失透結晶相の熱膨張差により、熱処理時に割れが生じる恐れがある。なお失透結晶とは長径１μｍ以上の結晶物を指す。
【００４３】
上記した種々の特性を満たすガラススペーサーは、例えば質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％の組成範囲内のガラスにより作製可能である。このように組成範囲を決定した理由は上述の通りである。
【００４４】
また本発明の平面表示装置用ガラススペーサーは、質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％含有し、液相温度が１１５０℃以下、歪点が５５０℃以上、３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃であることを特徴とする。このように組成範囲及び特性を決定した理由は上述の通りである。
【００４５】
なお本発明のガラススペーサー表面に導電膜を形成し、表面抵抗を調整しても良い。
【００４６】
また本発明のガラススペーサーは、そのままスペーサーとして使用されるが、井桁状等の複雑な形状を有するスペーサーの組み立て用部材として使用してもよい。また本発明のスペーサーを作製するには、上記した延伸成形を用いる方法を利用することが好ましい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の方法によれば、高い寸法精度を有し、しかも平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないガラススペーサーを製造することができる。またＦＥＤ用途では、エミッタから放出される電子を遮らないように、アスペクト比の高いスペーサーが好まれるが、本発明の方法ではこのようなスペーサーを容易に作製できる。
【００４８】
また素材ガラスとして、板ガラスを切断した短冊状ガラスを使用すれば、素材ガラスの作製コストを低減できるために安価にスペーサーを作製することができる。
【００４９】
本発明のガラススペーサーは、高い寸法精度を有し、平面表示装置の製造工程における熱処理工程で破損や変形が起こらないため、平面表示装置、特にＦＥＤのガラススペーサーとして好適である。
【実施例１】
【００５０】
実施例１は、本発明に使用するガラスについて、種々の特性を評価したものである。
【００５１】
評価は、まず表１、２の組成となるようにガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃で４時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形し、各種の評価に供した。結果を各表に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
なお再加熱時の失透性については以下のような方法で測定を行った。まず作製したガラス試料の表面に光学研磨を施し、１０6.5ｄＰａ・ｓにおける温度で１時間熱処理を行った。次いで室温まで冷却した後、表面を顕微鏡で観察し失透結晶のサイズ及び数を確認した。このとき、失透結晶の数が０〜２０個／ｍｍ2であれば◎、２１〜５０個／ｍｍ2であれば〇、５１〜１００個／ｍｍ2であれば△とした。この評価により、◎、〇、△、即ち、長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下であれば、延伸成形時の再加熱で失透結晶が生じ難いガラスであると判断できる。
【００５５】
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。
【００５６】
歪点は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１の方法に基づいて測定した。この値が高いほど、ガラスの耐熱性が高くなる。
【００５７】
軟化点は ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に基づいて測定を行った。
【００５８】
粘度１０4.0、１０3.0、１０2.5のｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した。この温度が低いほど、溶融性に優れていることになる。
【００５９】
液相温度の測定は、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定したものである。液相粘度は液相温度における各ガラスの粘度を示す。液相粘度が高く、液相温度が低いほど、耐失透性に優れ、成形性に優れているといえる。
【００６０】
熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定したものである。
【００６１】
体積抵抗率ｌｏｇρ（単位：Ω・ｃｍの常用対数）は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７に基づく方法において測定した。板厚２．８ｍｍのガラスの１１００ｎｍにおける赤外透過率はＵＶ３１００（島津製作所）を使用しスリット幅２ｎｍにおいて測定した。
【実施例２】
【００６２】
実施例２は、本発明のガラススペーサーの製造方法を具体的に説明するものである。
【００６３】
まず、実施例１におけるＮｏ．８の組成を有し、フロート成形された厚さ２．８ｍｍの板ガラスを準備した。なお板ガラスには未研磨品を使用した。
【００６４】
次に板ガラスを１０００×２８×２．８ｍｍの大きさに切断加工し、切断面のみを研磨して短冊状ガラスを得た。
【００６５】
続いてＮｏ．８のガラスの１０8.4ｄＰａ・ｓ〜１０5.4ｄＰａ・ｓの粘度に相当する８００℃〜１０００℃の温度に保持された電気炉の上部から、５ｍｍ／分の速度で短冊状ガラスを連続的に送り込み、軟化変形が可能となるように加熱した。さらに軟化変形により下方に伸び始めた短冊状ガラスの下端を、駆動するローラー対で保持し引張力を与えて延伸させ、切断することにより、１００ｍｍ×２ｍｍ×０．２ｍｍの大きさのガラススペーサ−を得た。
【００６６】
このようにして作製したガラススペーサーの高さｈを１０ｍｍおきに画像処理装置付き顕微鏡で観察した。各測定点の高さｈ1〜ｈ11を表３に示す。
【００６７】
【表３】
【００６８】
表３から、本発明の方法により作製したガラススペーサーは、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの値の約０．０４％であり、非常に寸法精度が高いことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のガラススペーサーは、ＦＥＤ用途に限られるものではなく、その他の平面表示装置のスペーサーとしても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ＦＥＤの構造概略説明図である
【図２】本発明のスペーサーの一例である
【符号の説明】
【００７１】
１ スペーサー
２ ゲートライン
３ 背面板
４ エミッタライン
５ 電子放出素子
６ ブラックマトリックス
７ 蛍光体
８ 前面板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有する素材ガラスを準備する工程と、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程と、延伸されたガラス成形体を切断する工程とを含むことを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項２】
素材ガラスとして、板ガラスを切断して作製した短冊状ガラスを使用することを特徴とする請求項１の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項３】
フロート法又はダウンドロー法により成形された板ガラスを用いることを特徴とする請求項２の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項４】
表面が未研磨の板ガラスを切断して短冊状ガラスを作製することを特徴とする請求項２の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項５】
表面が未研磨の短冊状ガラスを延伸成形することを特徴とする請求項２の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項６】
素材ガラスとして、１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度で１時間熱処理したときに、ガラス表面に析出する長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下である性質を有するガラスを使用することを特徴とする請求項１の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項７】
素材ガラスとして、５０〜９５×１０-7／℃の熱膨張係数を有するガラスを使用することを特徴とする請求項１又は６の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの方法で作製されてなることを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項９】
歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有するガラスからなり、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程を経て得られた平面表示装置用ガラススペーサーにおいて、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となることを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１０】
１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度で１時間熱処理したときに、ガラス表面に析出する長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下である性質を有するガラスからなることを特徴とする請求項９の平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１１】
５０〜９５×１０-7／℃の熱膨張係数を有するガラスからなることを特徴とする請求項９又は１０の平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１２】
ガラス中に長径１μｍ以上の失透結晶が存在しないことを特徴とする請求項９〜１１の何れかの平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１３】
質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％含有し、液相温度が１１５０℃以下、歪点が５５０℃以上、３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃であることを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１】
歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有する素材ガラスを準備する工程と、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程と、延伸されたガラス成形体を切断する工程とを含むことを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項２】
素材ガラスとして、板ガラスを切断して作製した短冊状ガラスを使用することを特徴とする請求項１の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項３】
フロート法又はダウンドロー法により成形された板ガラスを用いることを特徴とする請求項２の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項４】
表面が未研磨の板ガラスを切断して短冊状ガラスを作製することを特徴とする請求項２の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項５】
表面が未研磨の短冊状ガラスを延伸成形することを特徴とする請求項２の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項６】
素材ガラスとして、１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度で１時間熱処理したときに、ガラス表面に析出する長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下である性質を有するガラスを使用することを特徴とする請求項１の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項７】
素材ガラスとして、５０〜９５×１０-7／℃の熱膨張係数を有するガラスを使用することを特徴とする請求項１又は６の平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの方法で作製されてなることを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項９】
歪点が５５０℃以上、液相温度が１１５０℃以下の特性を有するガラスからなり、長径１μｍ以上の失透結晶がガラス中に析出しない条件で素材ガラスを延伸成形する工程を経て得られた平面表示装置用ガラススペーサーにおいて、平面表示装置の基板平面に対して垂直方向となる寸法をガラススペーサーの高さｈとした時に、スペーサーの最大高さｈmaxと最小高さｈminの差が、平均高さｈaveの１０％以下の値となることを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１０】
１０6.5ｄＰａ・ｓの粘度に相当する温度で１時間熱処理したときに、ガラス表面に析出する長径１μｍ以上の失透結晶が１００個／ｍｍ2以下である性質を有するガラスからなることを特徴とする請求項９の平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１１】
５０〜９５×１０-7／℃の熱膨張係数を有するガラスからなることを特徴とする請求項９又は１０の平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１２】
ガラス中に長径１μｍ以上の失透結晶が存在しないことを特徴とする請求項９〜１１の何れかの平面表示装置用ガラススペーサー。
【請求項１３】
質量百分率で、ＳｉＯ2 ５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１１％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１２％、ＢａＯ ０〜１２％、ＳｒＯ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜３０％、ＺｒＯ2 ０〜１０％、Ｎａ2Ｏ ０〜１５％、Ｋ2Ｏ ０〜１５％含有し、液相温度が１１５０℃以下、歪点が５５０℃以上、３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃であることを特徴とする平面表示装置用ガラススペーサー。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２４４８７０（Ｐ２００６−２４４８７０Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５９３５０（Ｐ２００５−５９３５０）
【出願日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]