平面表示装置用ガラススペーサー及びこれを用いたスペーサー
【課題】 平面表示装置用スペーサーの作製に好適な素材ガラスを提供することであり、より具体的には（１）表面に製膜しても、膜の導電性が長時間変化しない、（２）周辺材料と適合する熱膨張係数を有する、（３）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、（４）機械的強度が高い、等の要求を満たす平面表示装置用スペーサーを作製することが可能な素材ガラスを提供することである。
【解決手段】 質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％含有することを特徴とする。
【解決手段】 質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％含有す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。
【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】
【０００４】
平面表示装置に用いられるスペーサーには、一定の導電性を有することが求められる。即ち、スペーサー表面の導電性が高すぎると、前面板と背面板の間にかけられた電圧によりスペーサー表面に電流がリークする。よって電子放出素子−前面板（蛍光体）に所望の電圧をかけるのに余分な電圧をかける必要が生じるため消費電力が高くなる。ただしスペーサーの導電性が低すぎると、スペーサー表面が帯電した場合、その電荷が除去されにくくなる。よって真空中に放出された電子は、帯電したスペーサーによって軌道を曲げられ、所望の画素が光らなくなるといった問題が生じる。そのために一定の導電性を付与した膜がスペーサー表面に成膜されているものがある。ところが、ガラススペーサーに形成された膜の導電性が、時間の経過とともに変化してしまうという不具合がある。
【０００５】
またＦＥＤの前面板や背面板には、通常ソーダ石灰ガラス或いはこれと同等の熱膨張係数を有する高歪点ガラスが使用されている。それゆえこれらの材料と適合する熱膨張係数を有することがスペーサーに求められている。
【０００６】
また平面表示装置用スペーサーには、前面板と背面板の間隔を一定に保つために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。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。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】
さらに前述の通り、ＦＥＤは装置内部が真空であるため、前面板と背面板の間隔を保持するスペーサーには、この負荷がかかることになる。それゆえスペーサーには機械的強度が高いことが求められる。
【０００８】
本発明の目的は、平面表示装置用スペーサーの作製に好適な素材ガラスを提供することであり、より具体的には（１）表面に成膜しても、膜の導電性が長時間変化しない、（２）周辺材料と適合する熱膨張係数を有する、（３）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、（４）機械的強度が高い、等の要求を満たす平面表示装置用スペーサーを作製することが可能な素材ガラスを提供することである。
【０００９】
また本発明の第二の目的は、上記（１）〜（４）の特性を満足するスペーサーを作製可能な平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法を提供することである。
【００１０】
また本発明の第三の目的は、上記（１）〜（４）の特性を満足する平面表示装置用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】
【００１１】
本発明の平面表示装置スペーサー用ガラスは、質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％含有することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の平面表示装置スペーサー用ガラスは、ＳｉＯ2及びＲＯを含有し、ＳｉＯ2の含有量が２５％以上、ＲＯの含有量が６０％以下であるガラスからなり、温度３５０℃における体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上、アルカリ溶出量が１ｍｇ以下、熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃、液相温度が１２００℃以下、歪点が５５０℃以上であることを特徴とする。
【００１３】
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、上記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。
【００１４】
本発明の平面表示装置用ガラススペーサーは、上記したガラスからなることを特徴とする。
【００１５】
また平面表示装置用ガラススペーサーは、上記方法により作製されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスペーサー用ガラスは、体積抵抗率が高く、アルカリ溶出が起こりにくく、適当な熱膨張係数を有し、また延伸成形性に優れ、しかも機械的強度の高いガラスである。具体的には温度３５０℃における体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上、アルカリ溶出量が１ｍｇ以下、熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃、液相温度が１２００℃以下、歪点が５５０℃以上であり、またクラック発生率が低いという性質を有している。このためこのガラスを用いれば、（１）表面に導電膜を成膜しても、膜の導電性が長時間変化しない、（２）周辺材料と適合する熱膨張係数を有する、（３）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、（４）機械的強度が高い、等の特性を有する平面表示装置用ガラススペーサーを作製することが可能である。
【００１７】
また本発明の製造方法によれば、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り、ＦＥＤ等のスペーサーの製造方法として適している。
【００１８】
また本発明のスペーサーは、上記性質を有するガラスからなるため、ＦＥＤ等のスペーサーとして好適である。また延伸成形によって作製される場合には、精度良く、しかも大量生産されることから、安価で且つ寸法精度に優れており、ＦＥＤ等のスペーサーとして好適に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
膜の導電性が変化する原因は、ガラスからアルカリ成分が溶出することが原因である。アルカリ成分の溶出が多いと膜中にアルカリ成分が拡散し、膜の抵抗値を変化させるのでアルカリ溶出量は１ｍｇ以下、０．５ｍｇ以下、０．３ｍｇ以下、０．１ｍｇ以下、０．０８ｍｇ以下、０．０５ｍｇ以下、特に０．０１ｍｇ以下であることが望ましい。またスペーサーガラスの体積抵抗率が低すぎると、スペーサー表面に形成された膜でなくガラスに電流が流れる虞があるため、素材ガラスの体積抵抗率ｌｏｇρは温度３５０℃において１０．０Ω・ｃｍ以上、１０．５Ω・ｃｍ以上、１１．０Ω・ｃｍ以上、１１．５Ω・ｃｍ以上、１２．０Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。アルカリ成分の溶出を抑制したり、ガラスの体積抵抗率を高くするには、ガラス中のアルカリ成分の含有量を低減すればよい。
【００２０】
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が、アルカリ成分の溶出を抑制したり、ガラスの体積抵抗率を高くするためにアルカリ成分を少なくすると、ガラスの熱膨張係数が大きく低下してしまう。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。例えば３０〜３８０℃の温度範囲における基板材料の熱膨張係数が８５×１０-7／℃の場合、スペーサー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／℃、特に８２〜８８×１０-7／℃である。そこでアルカリ成分の少ないガラスの熱膨張係数を高めるには、アルカリ土類成分を多量に含有させるとともに、ＳｉＯ2含有量を極力少なくすることが重要となる。
【００２１】
延伸成形により成形する場合、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。それゆえ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。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。ところで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、具体的には５５０℃以上、５７０℃以上、５８０℃以上、５９０℃以上、６００℃以上、特に６１０℃以上であることが望ましい。ガラスの歪点を高くするにはアルカリ土類成分を多量に含有させたり、Ｆｅ2Ｏ3の含有量を制限したりすることが効果的である。
【００２２】
またガラスの失透性が悪い場合、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。素材ガラスの成形時に失透を生じにくくするには、液相温度が低くなるように設計することが重要である。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、具体的には１２００℃以下、１１５０℃以下、１１００℃以下、特に１０５０℃以下であることが望ましい。液相温度を低下させるためにはアルカリ土類成分の上限を制限することが効果的である。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、１０2.5ｄＰａ・ｓ以上、１０3.0ｄＰａ・ｓ以上、１０3.5ｄＰａ・ｓ以上、１０4.0ｄＰａ・ｓ以上、さらには１０4.5ｄＰａ・ｓ以上であることが望ましい。
【００２３】
機械的強度を高めるには、ガラスのクラック発生率を低くすればよい。ガラススペーサーには大気圧による応力がかかるため割れにくいことが求められ、割れ易さの指標であるクラック発生率が８０％以下、７５％以下、７０％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下であることが望ましい。尚、本発明におけるクラック発生率とは、『湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重３０ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。この一連の評価を２０回繰り返し行って、総クラック発生数を計数し、総クラック発生数／８０×１００の式で得られる値』である。クラック発生率は、ＳｉＯ2が多いほど低くなり、アルカリ土類成分が多いほど高くなる傾向がある。
【００２４】
以上の条件を考慮した結果、本発明のスペーサー用ガラスの具体的な組成範囲は、質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％となる。
【００２５】
以下に、組成限定理由を詳述する。
【００２６】
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。このためＳｉＯ2 は８０％以下、好ましくは７０％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、特に４９％以下であることが望ましい。一方、ＳｉＯ2の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。またガラス化が困難になったり、クラックが発生しやすくなったりする傾向にある。このためＳｉＯ2は２５％以上、好ましくは３５％以上、より好ましくは３６％以上、特に４０％以上であることが望ましい。
【００２７】
アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）であるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、アルカリ成分が少ないガラスにおいて熱膨張係数を高めるための成分である。これらの成分の合量が多くなると密度が高くなったり、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、クラック発生率が高くなったりする傾向にある。このためこれらの成分の合量は６０％以下、好ましくは５８％以下、特に５５％以下であることが望ましい。一方、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量が少ないと熱膨張係数が低くなりすぎて周辺部材との整合がとれなくなったり、歪点が低下しやすくなったりする。それゆえＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量は２０％以上、好ましくは２５％以上、３０％以上、３１％以上、３５％以上、特に４０％以上であることが望ましい。
【００２８】
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る。また少量含有させると液相温度を低下させる効果があるため、この目的のために０．１％以上、０．５％以上、特に１％以上含有させてもよい。ただしＭｇＯの含有量が多くなるとかえって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。このためＭｇＯの上限は、１５％以下、１０％以下、さらには８％以下に制限することが望ましい。
【００２９】
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る。ＣａＯの含有量は、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。このためＣａＯは、１５％以下、１２％以下、１０％以下に制限することが望ましい。
【００３０】
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る。また、ガラスの失透性を悪化させずに熱膨張係数を上げることができる成分でもある。このため０．１％以上、１％以上、３％以上、５％以上、６％以上、特に８％以上含有させることが好ましい。ただしＳｒＯの含有量が多くなりすぎ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。このため２０％以下、１８％以下、１５％以下、１３％以下に制限することが望ましい。
【００３１】
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る。またガラスの失透性を悪化させずに熱膨張係数を上げることができる成分でもある。このため、１％以上、５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、２８％以上、特に３０％以上含有させることが好ましい。ただしＢａＯの含有量が多くなりすぎると、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。このため、５０％以下、４５％以下、４０％以下、３８％以下、さらには３６％以下に制限することが望ましい。
【００３２】
また（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｒＯ＋ＢａＯ）は質量比で３．０以下であることが好ましい。この比が３．０より大きくなるとガラスの失透性が悪化しやすい。それゆえ３．０以下、２．５以下、２．０以下、１．５以下、１．０以下、０．５以下、特に０．３以下であることが望ましい。
【００３３】
またアルカリ土類金属酸化物の含有量に対し、ガラスの網目形成成分であるＳｉＯ2の含有量が少なくなるとガラス化が困難になると共に、クラック発生率が高くなる傾向にある。このため、ＳｉＯ2／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が質量比で０．５以上、０．６以上、０．７以上、０．７５以上、０．８以上、さらには０．８１以上であることが望ましい。しかしこの比が大きくなりすぎると熱膨張係数が低くなる。このため、２．０以下、１．５以下、１．３以下、１．２以下、特に１．１以下であることが望ましい。
【００３４】
アルカリ金属酸化物（Ｒ’2Ｏ）であるＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏは、ガラスの体積抵抗率を低下させ、アルカリ溶出量を増大させる。それゆえこれらの合量は８％以下、好ましくは７％以下、５％以下、３％以下、特に１％以下に制限すべきであり、理想的には含有しないことが望ましい。
【００３５】
Ｆｅ2Ｏ3はガラスの体積抵抗率を低下させたり、ガラスの透過率を低下させ、デバイスに組み込んだスペーサーをブラックマトリクスとして機能させる等の効果が期待できる。ただし、ガラスの歪点を低下させる傾向があるため、２０％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、２％以下、特に１％以下に制限すべきである。
【００３６】
さらに本発明のガラスはＡｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、希土類酸化物等を含みうる。
【００３７】
Ａｌ2Ｏ3は歪点を上昇させる効果があるため、０．１％以上０．５％以上含有させてもよい。ただし含有量が多くなると、失透結晶が析出しやすくなる。このため、２０％以下、１０％以下、８％以下、６％以下、３％以下、特に１％以下に制限することが望ましい。
【００３８】
Ｂ2Ｏ3はガラスの粘性を低下させ失透性を改善する成分である。またクラック発生率を低下させる傾向がある。このため、０．１％以上、１％以上、３％以上、４％以上、特に５％以上含有することが好ましい。ただし含有量が多くなると歪点が低下する。このため、２０％以下、１５％以下、１０％以下、特に９％以下に制限することが望ましい。
【００３９】
Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等の希土類酸化物は、熱膨張係数を高める働きがあるため、アルカリ土類金属酸化物の代わりに含有させることが可能である。ただし希土類酸化物が含まれると失透が起こりやすくなる。また原料コストが高騰する。このため、希土類酸化物は合量で３０％以下、好ましくは２５％以下、２０％以下、１５％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、特に１％以下に制限すべきである。
【００４０】
また上記の他にもガラスの特性を損なわない範囲で種々の成分を添加することが可能である。例えば、ＺｎＯやＺｒＯ2をそれぞれ１０％以下、好ましくは４％以下含有させてもよい。また清澄剤としてＳＯ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、およびＳｎＯ2の群から選択された１種または２種以上を合量で０〜３％含有させてもよい。
【００４１】
上記組成範囲において、各成分の好ましい範囲を任意に組み合わせて、より好ましい組成範囲を選択することは当然可能であるが、その中にあって、平面表示装置スペーサー用ガラスとして、より好ましい組成範囲として、質量％でＳｉＯ2 ２５〜６０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ５〜２０％、ＢａＯ １５〜４５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１０％、Ｂ2Ｏ3 ０〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜５％の範囲が例示できる。ガラスの組成範囲を上記に規定すれば、所望の特性を有するスペーサー用ガラスが得られやすい。
【００４２】
平面表示装置スペーサー用ガラスの更に好ましい範囲としてＳｉＯ2 ２５〜５０％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０．１〜１０％、ＳｒＯ ５〜１５％、ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜６％、Ｂ2Ｏ3 ０．１〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜１％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜１％の範囲が挙げられる。ガラスの組成範囲を上記に規定すれば所望の特性を得られやすくなるとともに、更に失透性に優れたスペーサー用ガラスを得ることができる。
【００４３】
次に、上記ガラスを素材ガラスとして使用した本発明のガラススペーサーの製造方法を説明する。
【００４４】
まず上記組成を有する素材ガラスを用意する。素材ガラスには、例えばインゴットから切り出した板状ガラスや、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。
【００４５】
用意した素材ガラスをガラススペーサーに成形するには、延伸成形を採用することが好ましい。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。さらに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ガラス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。
【００４６】
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してもよいが、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。
【００４７】
本特許における平面表示装置用ガラススペーサーは、上記素材ガラス（本発明のスペーサー用ガラス）からなるものである。好ましくは素材ガラス（本発明のスペーサー用ガラス）を延伸成形してなるものである。延伸成形を用いて作製すれば、寸法精度のよいスペーサーを安価に大量生産できる。ただし延伸成形以外の方法を排除するものではない。例えば、素材ガラスを機械的に切断することによって作製しても差し支えない。
【実施例１】
【００４８】
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。
【００４９】
評価は、まず表１〜３の組成となるようにガラス原料を調合した。このとき原料から不純物として混入するアルカリ金属酸化物の合量が１０００ｐｐｍ以下、Ｆｅ2Ｏ3の混入量が１０００ｐｐｍ以下となるよう各種原料を選定した。これらの原料を、白金ポットを用いて１５５０℃で５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。結果を表１〜３に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。
【００５４】
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。
【００５５】
軟化点は ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に基づいて測定を行った。
【００５６】
粘度１０4、１０3、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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４８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。
【００５９】
アルカリ溶出についてはＪＩＳ Ｒ３５０２に基づく方法で試験を行った。
【００６０】
体積抵抗率ｌｏｇρ（単位：Ω・ｃｍ）は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７に基づく方法において測定した。
【００６１】
クラック発生率は次のようにして求めた。まず、湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重３０ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。この一連の操作を２０回繰り返した後、総クラック発生数を計数する。その後、総クラック発生数／８０×１００の式で求めた値をクラック発生率とした。
【００６２】
表１〜３から明らかなように、いずれのガラスもアルカリ溶出が少なく、体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上であった。また歪点が５５０℃以上、液相温度が１２００℃以下、クラック発生率が８０％以下、液相粘度が１０2.5ｄＰａ・ｓ以上であり、熱膨張係数も５０〜９５×１０-7／℃の範囲内であった。
【実施例２】
【００６３】
実施例２は、本発明のガラススペーサーに形成した膜の抵抗値を測定したものである。まず、ガラススペーサーの製造方法を具体的に説明する。
【００６４】
まず、実施例１におけるＮｏ．２の組成を有するガラスをＰｔポット内で溶融し、５７×５７×１０００ｍｍのインゴットを作製した。
【００６５】
次に該インゴットを２８ｍｍ×２．８ｍｍ×１０００ｍｍの大きさに切断加工し、短冊状ガラスを得た。
【００６６】
続いてＮｏ．２のガラスを７５０℃〜８５０℃の温度に保持された電気炉の上部から、５ｍｍ／分の速度で連続的に送り込み、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、５ｍｍ×０．５ｍｍ×１００ｍｍの大きさのガラススペーサ−を得た。得られたスペーサーにＡＴＯ膜をディップ法により形成した。
【００６７】
このようにして作製したガラススペーサーを用いてＡＴＯ膜の抵抗値の変化を評価した。評価は、電圧を１００ｖに設定した表面抵抗測定器のプローブを膜に接触させた状態を保持したまま、表面抵抗を５００時間測定することによって行った。その結果、スペーサーの膜の抵抗値に大きな変化は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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】
【００６９】
【図１】ＦＥＤの構造概略説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
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。
【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】
【０００４】
平面表示装置に用いられるスペーサーには、一定の導電性を有することが求められる。即ち、スペーサー表面の導電性が高すぎると、前面板と背面板の間にかけられた電圧によりスペーサー表面に電流がリークする。よって電子放出素子−前面板（蛍光体）に所望の電圧をかけるのに余分な電圧をかける必要が生じるため消費電力が高くなる。ただしスペーサーの導電性が低すぎると、スペーサー表面が帯電した場合、その電荷が除去されにくくなる。よって真空中に放出された電子は、帯電したスペーサーによって軌道を曲げられ、所望の画素が光らなくなるといった問題が生じる。そのために一定の導電性を付与した膜がスペーサー表面に成膜されているものがある。ところが、ガラススペーサーに形成された膜の導電性が、時間の経過とともに変化してしまうという不具合がある。
【０００５】
またＦＥＤの前面板や背面板には、通常ソーダ石灰ガラス或いはこれと同等の熱膨張係数を有する高歪点ガラスが使用されている。それゆえこれらの材料と適合する熱膨張係数を有することがスペーサーに求められている。
【０００６】
また平面表示装置用スペーサーには、前面板と背面板の間隔を一定に保つために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。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。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】
さらに前述の通り、ＦＥＤは装置内部が真空であるため、前面板と背面板の間隔を保持するスペーサーには、この負荷がかかることになる。それゆえスペーサーには機械的強度が高いことが求められる。
【０００８】
本発明の目的は、平面表示装置用スペーサーの作製に好適な素材ガラスを提供することであり、より具体的には（１）表面に成膜しても、膜の導電性が長時間変化しない、（２）周辺材料と適合する熱膨張係数を有する、（３）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、（４）機械的強度が高い、等の要求を満たす平面表示装置用スペーサーを作製することが可能な素材ガラスを提供することである。
【０００９】
また本発明の第二の目的は、上記（１）〜（４）の特性を満足するスペーサーを作製可能な平面表示装置用ガラススペーサーの製造方法を提供することである。
【００１０】
また本発明の第三の目的は、上記（１）〜（４）の特性を満足する平面表示装置用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】
【００１１】
本発明の平面表示装置スペーサー用ガラスは、質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％含有することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の平面表示装置スペーサー用ガラスは、ＳｉＯ2及びＲＯを含有し、ＳｉＯ2の含有量が２５％以上、ＲＯの含有量が６０％以下であるガラスからなり、温度３５０℃における体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上、アルカリ溶出量が１ｍｇ以下、熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃、液相温度が１２００℃以下、歪点が５５０℃以上であることを特徴とする。
【００１３】
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、上記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。
【００１４】
本発明の平面表示装置用ガラススペーサーは、上記したガラスからなることを特徴とする。
【００１５】
また平面表示装置用ガラススペーサーは、上記方法により作製されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスペーサー用ガラスは、体積抵抗率が高く、アルカリ溶出が起こりにくく、適当な熱膨張係数を有し、また延伸成形性に優れ、しかも機械的強度の高いガラスである。具体的には温度３５０℃における体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上、アルカリ溶出量が１ｍｇ以下、熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃、液相温度が１２００℃以下、歪点が５５０℃以上であり、またクラック発生率が低いという性質を有している。このためこのガラスを用いれば、（１）表面に導電膜を成膜しても、膜の導電性が長時間変化しない、（２）周辺材料と適合する熱膨張係数を有する、（３）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、（４）機械的強度が高い、等の特性を有する平面表示装置用ガラススペーサーを作製することが可能である。
【００１７】
また本発明の製造方法によれば、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り、ＦＥＤ等のスペーサーの製造方法として適している。
【００１８】
また本発明のスペーサーは、上記性質を有するガラスからなるため、ＦＥＤ等のスペーサーとして好適である。また延伸成形によって作製される場合には、精度良く、しかも大量生産されることから、安価で且つ寸法精度に優れており、ＦＥＤ等のスペーサーとして好適に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
膜の導電性が変化する原因は、ガラスからアルカリ成分が溶出することが原因である。アルカリ成分の溶出が多いと膜中にアルカリ成分が拡散し、膜の抵抗値を変化させるのでアルカリ溶出量は１ｍｇ以下、０．５ｍｇ以下、０．３ｍｇ以下、０．１ｍｇ以下、０．０８ｍｇ以下、０．０５ｍｇ以下、特に０．０１ｍｇ以下であることが望ましい。またスペーサーガラスの体積抵抗率が低すぎると、スペーサー表面に形成された膜でなくガラスに電流が流れる虞があるため、素材ガラスの体積抵抗率ｌｏｇρは温度３５０℃において１０．０Ω・ｃｍ以上、１０．５Ω・ｃｍ以上、１１．０Ω・ｃｍ以上、１１．５Ω・ｃｍ以上、１２．０Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。アルカリ成分の溶出を抑制したり、ガラスの体積抵抗率を高くするには、ガラス中のアルカリ成分の含有量を低減すればよい。
【００２０】
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が、アルカリ成分の溶出を抑制したり、ガラスの体積抵抗率を高くするためにアルカリ成分を少なくすると、ガラスの熱膨張係数が大きく低下してしまう。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。例えば３０〜３８０℃の温度範囲における基板材料の熱膨張係数が８５×１０-7／℃の場合、スペーサー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／℃、特に８２〜８８×１０-7／℃である。そこでアルカリ成分の少ないガラスの熱膨張係数を高めるには、アルカリ土類成分を多量に含有させるとともに、ＳｉＯ2含有量を極力少なくすることが重要となる。
【００２１】
延伸成形により成形する場合、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。それゆえ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。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。ところで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、具体的には５５０℃以上、５７０℃以上、５８０℃以上、５９０℃以上、６００℃以上、特に６１０℃以上であることが望ましい。ガラスの歪点を高くするにはアルカリ土類成分を多量に含有させたり、Ｆｅ2Ｏ3の含有量を制限したりすることが効果的である。
【００２２】
またガラスの失透性が悪い場合、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。素材ガラスの成形時に失透を生じにくくするには、液相温度が低くなるように設計することが重要である。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、具体的には１２００℃以下、１１５０℃以下、１１００℃以下、特に１０５０℃以下であることが望ましい。液相温度を低下させるためにはアルカリ土類成分の上限を制限することが効果的である。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、１０2.5ｄＰａ・ｓ以上、１０3.0ｄＰａ・ｓ以上、１０3.5ｄＰａ・ｓ以上、１０4.0ｄＰａ・ｓ以上、さらには１０4.5ｄＰａ・ｓ以上であることが望ましい。
【００２３】
機械的強度を高めるには、ガラスのクラック発生率を低くすればよい。ガラススペーサーには大気圧による応力がかかるため割れにくいことが求められ、割れ易さの指標であるクラック発生率が８０％以下、７５％以下、７０％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下であることが望ましい。尚、本発明におけるクラック発生率とは、『湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重３０ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。この一連の評価を２０回繰り返し行って、総クラック発生数を計数し、総クラック発生数／８０×１００の式で得られる値』である。クラック発生率は、ＳｉＯ2が多いほど低くなり、アルカリ土類成分が多いほど高くなる傾向がある。
【００２４】
以上の条件を考慮した結果、本発明のスペーサー用ガラスの具体的な組成範囲は、質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％となる。
【００２５】
以下に、組成限定理由を詳述する。
【００２６】
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。このためＳｉＯ2 は８０％以下、好ましくは７０％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、特に４９％以下であることが望ましい。一方、ＳｉＯ2の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。またガラス化が困難になったり、クラックが発生しやすくなったりする傾向にある。このためＳｉＯ2は２５％以上、好ましくは３５％以上、より好ましくは３６％以上、特に４０％以上であることが望ましい。
【００２７】
アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）であるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、アルカリ成分が少ないガラスにおいて熱膨張係数を高めるための成分である。これらの成分の合量が多くなると密度が高くなったり、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、クラック発生率が高くなったりする傾向にある。このためこれらの成分の合量は６０％以下、好ましくは５８％以下、特に５５％以下であることが望ましい。一方、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量が少ないと熱膨張係数が低くなりすぎて周辺部材との整合がとれなくなったり、歪点が低下しやすくなったりする。それゆえＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合量は２０％以上、好ましくは２５％以上、３０％以上、３１％以上、３５％以上、特に４０％以上であることが望ましい。
【００２８】
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る。また少量含有させると液相温度を低下させる効果があるため、この目的のために０．１％以上、０．５％以上、特に１％以上含有させてもよい。ただしＭｇＯの含有量が多くなるとかえって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。このためＭｇＯの上限は、１５％以下、１０％以下、さらには８％以下に制限することが望ましい。
【００２９】
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る。ＣａＯの含有量は、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。このためＣａＯは、１５％以下、１２％以下、１０％以下に制限することが望ましい。
【００３０】
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る。また、ガラスの失透性を悪化させずに熱膨張係数を上げることができる成分でもある。このため０．１％以上、１％以上、３％以上、５％以上、６％以上、特に８％以上含有させることが好ましい。ただしＳｒＯの含有量が多くなりすぎ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。このため２０％以下、１８％以下、１５％以下、１３％以下に制限することが望ましい。
【００３１】
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る。またガラスの失透性を悪化させずに熱膨張係数を上げることができる成分でもある。このため、１％以上、５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、２８％以上、特に３０％以上含有させることが好ましい。ただしＢａＯの含有量が多くなりすぎると、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。このため、５０％以下、４５％以下、４０％以下、３８％以下、さらには３６％以下に制限することが望ましい。
【００３２】
また（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｒＯ＋ＢａＯ）は質量比で３．０以下であることが好ましい。この比が３．０より大きくなるとガラスの失透性が悪化しやすい。それゆえ３．０以下、２．５以下、２．０以下、１．５以下、１．０以下、０．５以下、特に０．３以下であることが望ましい。
【００３３】
またアルカリ土類金属酸化物の含有量に対し、ガラスの網目形成成分であるＳｉＯ2の含有量が少なくなるとガラス化が困難になると共に、クラック発生率が高くなる傾向にある。このため、ＳｉＯ2／（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が質量比で０．５以上、０．６以上、０．７以上、０．７５以上、０．８以上、さらには０．８１以上であることが望ましい。しかしこの比が大きくなりすぎると熱膨張係数が低くなる。このため、２．０以下、１．５以下、１．３以下、１．２以下、特に１．１以下であることが望ましい。
【００３４】
アルカリ金属酸化物（Ｒ’2Ｏ）であるＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏは、ガラスの体積抵抗率を低下させ、アルカリ溶出量を増大させる。それゆえこれらの合量は８％以下、好ましくは７％以下、５％以下、３％以下、特に１％以下に制限すべきであり、理想的には含有しないことが望ましい。
【００３５】
Ｆｅ2Ｏ3はガラスの体積抵抗率を低下させたり、ガラスの透過率を低下させ、デバイスに組み込んだスペーサーをブラックマトリクスとして機能させる等の効果が期待できる。ただし、ガラスの歪点を低下させる傾向があるため、２０％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、２％以下、特に１％以下に制限すべきである。
【００３６】
さらに本発明のガラスはＡｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、希土類酸化物等を含みうる。
【００３７】
Ａｌ2Ｏ3は歪点を上昇させる効果があるため、０．１％以上０．５％以上含有させてもよい。ただし含有量が多くなると、失透結晶が析出しやすくなる。このため、２０％以下、１０％以下、８％以下、６％以下、３％以下、特に１％以下に制限することが望ましい。
【００３８】
Ｂ2Ｏ3はガラスの粘性を低下させ失透性を改善する成分である。またクラック発生率を低下させる傾向がある。このため、０．１％以上、１％以上、３％以上、４％以上、特に５％以上含有することが好ましい。ただし含有量が多くなると歪点が低下する。このため、２０％以下、１５％以下、１０％以下、特に９％以下に制限することが望ましい。
【００３９】
Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等の希土類酸化物は、熱膨張係数を高める働きがあるため、アルカリ土類金属酸化物の代わりに含有させることが可能である。ただし希土類酸化物が含まれると失透が起こりやすくなる。また原料コストが高騰する。このため、希土類酸化物は合量で３０％以下、好ましくは２５％以下、２０％以下、１５％以下、１０％以下、５％以下、３％以下、特に１％以下に制限すべきである。
【００４０】
また上記の他にもガラスの特性を損なわない範囲で種々の成分を添加することが可能である。例えば、ＺｎＯやＺｒＯ2をそれぞれ１０％以下、好ましくは４％以下含有させてもよい。また清澄剤としてＳＯ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、およびＳｎＯ2の群から選択された１種または２種以上を合量で０〜３％含有させてもよい。
【００４１】
上記組成範囲において、各成分の好ましい範囲を任意に組み合わせて、より好ましい組成範囲を選択することは当然可能であるが、その中にあって、平面表示装置スペーサー用ガラスとして、より好ましい組成範囲として、質量％でＳｉＯ2 ２５〜６０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ５〜２０％、ＢａＯ １５〜４５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１０％、Ｂ2Ｏ3 ０〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜５％の範囲が例示できる。ガラスの組成範囲を上記に規定すれば、所望の特性を有するスペーサー用ガラスが得られやすい。
【００４２】
平面表示装置スペーサー用ガラスの更に好ましい範囲としてＳｉＯ2 ２５〜５０％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０．１〜１０％、ＳｒＯ ５〜１５％、ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜６％、Ｂ2Ｏ3 ０．１〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜１％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜１％の範囲が挙げられる。ガラスの組成範囲を上記に規定すれば所望の特性を得られやすくなるとともに、更に失透性に優れたスペーサー用ガラスを得ることができる。
【００４３】
次に、上記ガラスを素材ガラスとして使用した本発明のガラススペーサーの製造方法を説明する。
【００４４】
まず上記組成を有する素材ガラスを用意する。素材ガラスには、例えばインゴットから切り出した板状ガラスや、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。
【００４５】
用意した素材ガラスをガラススペーサーに成形するには、延伸成形を採用することが好ましい。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。さらに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ガラス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。
【００４６】
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してもよいが、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。
【００４７】
本特許における平面表示装置用ガラススペーサーは、上記素材ガラス（本発明のスペーサー用ガラス）からなるものである。好ましくは素材ガラス（本発明のスペーサー用ガラス）を延伸成形してなるものである。延伸成形を用いて作製すれば、寸法精度のよいスペーサーを安価に大量生産できる。ただし延伸成形以外の方法を排除するものではない。例えば、素材ガラスを機械的に切断することによって作製しても差し支えない。
【実施例１】
【００４８】
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。
【００４９】
評価は、まず表１〜３の組成となるようにガラス原料を調合した。このとき原料から不純物として混入するアルカリ金属酸化物の合量が１０００ｐｐｍ以下、Ｆｅ2Ｏ3の混入量が１０００ｐｐｍ以下となるよう各種原料を選定した。これらの原料を、白金ポットを用いて１５５０℃で５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。結果を表１〜３に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。
【００５４】
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。
【００５５】
軟化点は ＡＳＴＭ Ｃ３３８−９３の方法に基づいて測定を行った。
【００５６】
粘度１０4、１０3、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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４８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。
【００５９】
アルカリ溶出についてはＪＩＳ Ｒ３５０２に基づく方法で試験を行った。
【００６０】
体積抵抗率ｌｏｇρ（単位：Ω・ｃｍ）は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７に基づく方法において測定した。
【００６１】
クラック発生率は次のようにして求めた。まず、湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重３０ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。この一連の操作を２０回繰り返した後、総クラック発生数を計数する。その後、総クラック発生数／８０×１００の式で求めた値をクラック発生率とした。
【００６２】
表１〜３から明らかなように、いずれのガラスもアルカリ溶出が少なく、体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上であった。また歪点が５５０℃以上、液相温度が１２００℃以下、クラック発生率が８０％以下、液相粘度が１０2.5ｄＰａ・ｓ以上であり、熱膨張係数も５０〜９５×１０-7／℃の範囲内であった。
【実施例２】
【００６３】
実施例２は、本発明のガラススペーサーに形成した膜の抵抗値を測定したものである。まず、ガラススペーサーの製造方法を具体的に説明する。
【００６４】
まず、実施例１におけるＮｏ．２の組成を有するガラスをＰｔポット内で溶融し、５７×５７×１０００ｍｍのインゴットを作製した。
【００６５】
次に該インゴットを２８ｍｍ×２．８ｍｍ×１０００ｍｍの大きさに切断加工し、短冊状ガラスを得た。
【００６６】
続いてＮｏ．２のガラスを７５０℃〜８５０℃の温度に保持された電気炉の上部から、５ｍｍ／分の速度で連続的に送り込み、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、５ｍｍ×０．５ｍｍ×１００ｍｍの大きさのガラススペーサ−を得た。得られたスペーサーにＡＴＯ膜をディップ法により形成した。
【００６７】
このようにして作製したガラススペーサーを用いてＡＴＯ膜の抵抗値の変化を評価した。評価は、電圧を１００ｖに設定した表面抵抗測定器のプローブを膜に接触させた状態を保持したまま、表面抵抗を５００時間測定することによって行った。その結果、スペーサーの膜の抵抗値に大きな変化は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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】
【００６９】
【図１】ＦＥＤの構造概略説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
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】
質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％含有することを特徴とする平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項２】
２０質量％以下のＢ2Ｏ3、３０質量％以下の希土類酸化物、及び２０質量％以下のＡｌ2Ｏ3からなる群から選ばれた１つ以上の成分を更に含有することを特徴とする請求項１の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項３】
質量％でＳｉＯ2 ２５〜６０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ５〜２０％、ＢａＯ １５〜４５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１０％、Ｂ2Ｏ3 ０〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ，Ｎａ及び／又はＫ） ０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜５％を含有することを特徴とする請求項１又は２の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項４】
質量％でＳｉＯ2 ２５〜５０％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０．１〜１０％、ＳｒＯ ５〜１５％、ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜６％、Ｂ2Ｏ3 ０．１〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ，Ｎａ及び／又はＫ）０〜１％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜１％含有することを特徴とする請求項３の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項５】
ＳｉＯ2／ＲＯが、質量比で０．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする請求項１の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項６】
（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｒＯ＋ＢａＯ）が、質量比で３．０以下であることを特徴とする請求項１の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項７】
ＳｉＯ2及びＲＯを含有し、ＳｉＯ2の含有量が２５％以上、ＲＯの含有量が６０％以下であるガラスからなり、温度３５０℃における体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上、アルカリ溶出量が１ｍｇ以下、熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃、液相温度が１２００℃以下、歪点が５５０℃以上であることを特徴とする平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの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９】
請求項１〜７の何れかのガラスから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】
請求項８の方法により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１】
質量％でＳｉＯ2 ２５〜８０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及び／又はＢａ） ２０〜６０％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及び／又はＫ） ０〜８％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜２０％含有することを特徴とする平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項２】
２０質量％以下のＢ2Ｏ3、３０質量％以下の希土類酸化物、及び２０質量％以下のＡｌ2Ｏ3からなる群から選ばれた１つ以上の成分を更に含有することを特徴とする請求項１の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項３】
質量％でＳｉＯ2 ２５〜６０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ５〜２０％、ＢａＯ １５〜４５％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜１０％、Ｂ2Ｏ3 ０〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ，Ｎａ及び／又はＫ） ０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜５％を含有することを特徴とする請求項１又は２の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項４】
質量％でＳｉＯ2 ２５〜５０％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ ０．１〜１０％、ＳｒＯ ５〜１５％、ＢａＯ ２０〜４０％、Ａｌ2Ｏ3 ０〜６％、Ｂ2Ｏ3 ０．１〜１５％、Ｒ’2Ｏ（Ｒ’はＬｉ，Ｎａ及び／又はＫ）０〜１％、Ｆｅ2Ｏ3 ０〜１％含有することを特徴とする請求項３の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項５】
ＳｉＯ2／ＲＯが、質量比で０．５〜２．０の範囲にあることを特徴とする請求項１の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項６】
（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／（ＳｒＯ＋ＢａＯ）が、質量比で３．０以下であることを特徴とする請求項１の平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項７】
ＳｉＯ2及びＲＯを含有し、ＳｉＯ2の含有量が２５％以上、ＲＯの含有量が６０％以下であるガラスからなり、温度３５０℃における体積抵抗率ｌｏｇρが１０．０Ω・ｃｍ以上、アルカリ溶出量が１ｍｇ以下、熱膨張係数が５０〜９５×１０-7／℃、液相温度が１２００℃以下、歪点が５５０℃以上であることを特徴とする平面表示装置スペーサー用ガラス。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの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９】
請求項１〜７の何れかのガラスから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】
請求項８の方法により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。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１３４２１（Ｐ２００８−１３４２１Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９３６２９（Ｐ２００６−１９３６２９）
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【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２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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