DE60034629T2

DE60034629T2 - Abstandselemente zur Anwendung in Bildanzeigevorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE60034629T2
Application number: DE60034629T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Kokubu-shi Nishioka; Yasuhito Kokubu-shi Muramoto; Masashi Kokubu-shi Kato; Kiyohiro Kokubu-shi Sakasegawa; Kazuo Youkaichi-shi Watada; Akihiko Youkaichi-shi Takahashi; Kouji Youkaichi-shi Hamada
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2020-06-17
Also published as: US6653769B1; EP1061546B1; EP1061546A2; DE60034629D1; EP1061546A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abstandselemente, die in Bildschirme, z. B. einen Plasmabildschirm, einen Feldemissionsbildschirm und dergleichen, integriert sind, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen der Abstandselemente.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren wurden Bildschirme, z. B. ein Plasmabildschirm (Plasma Display Panel (PDP)), ein Plasma-Address-Liquid-Crystal-Bildschirm (PALC-Bildschirm) und ein Feldemissionsbildschirm (FED-Bildschirm) entwickelt. Diese Bildschirme sind mit einer Frontplatte für die Bilddarstellung und einer Rückwand ausgerüstet, die derart angeordnet ist, daß sie bezüglich der Rückseitenoberfläche der Frontplatte und parallel hierzu einen Zwischenraum einhält. Ferner weisen diese Bildschirme mehrere Abstandselemente auf, die einen geeigneten Abstand beibehalten, um einen Raum für eine elektrische Entladung zwischen der Frontplatte und der Rückwand aufrechtzuerhalten. Das heißt, bei diesen Bildschirmen muß der Innenraum ein Vakuum beibehalten, um einen Raum für die elektrische Entladung zu bilden. Deshalb müssen die Frontplatte und die Rückwand davor bewahrt werden, sich durch den Atmosphärendruck zu verbiegen. Es ist deshalb nötig, mehrere Abstandselemente mit einer geeigneten Höhe (Länge) zwischen der Frontplatte und der Rückwand vorzusehen.
Bei dem vorgenannten Feldemissionsbildschirm ist beispielsweise die Rückwand mit mehreren Elektronenemissionselementen ausgerüstet, die Elektronenstrahlen erzeugen, welche dann beschleunigt werden, um den auf der Frontplatte aufgebrachten Phosphor zur Lichtaussendung zu veranlassen, um das Bild darzustellen. Bei diesem Feldemissionsbildschirm muß zwischen der Frontplatte und der Rückwand ein Zwischenraum von nicht weniger als 500 µm aufrechterhalten werden, um eine anormale elektrische Entladung zwischen den Elektronenemissionselementen und dem Phosphor zu verhindern und durch Steuern der Stromdichte der Elektronenstrahlen und der Beschleunigungsbedingungen eine gewünschte Helligkeit zu erhalten. Dementsprechend müssen die Abstandselemente eine Höhe von mindestens 500 µm aufweisen.
Als eine Methode zum Herstellen der vorgenannten Abstandselemente war ein Verfahren zum einstückigen Ausbilden der Abstandselemente mit der Rückwand oder der Frontplatte bekannt. Beispielsweise wird bei dem Plasmabildschirm eine Paste durch Zugeben eines organischen Harzes (eines Acrylbindemittels oder eines -dispergiermittels) und eines organischen Lösungsmittels zu einem Gemisch aus einem Glas und einem keramischen Füllstoff (einem Erweichungspunktverbesserer oder einem Pigment), z. B. ZrO₂, SiO₂, usw., hergestellt, unter Verwendung der Paste wird auf der Oberfläche der Gasplatte, die aus einem Alkaliborsilicatglas bestehen kann, ein Formkörper der Abstandselemente gebildet, und der Formkörper wird bei einer Temperatur (z. B. bei etwa 550 °C) gebrannt, bei der die Glasplatte nicht schrumpft, um dadurch auf der Oberfläche der Glasplatte Abstandselemente auszubilden. Der Formkörper der Abstandselemente wird durch Aufdrucken der Paste auf die Oberfläche der Glasplatte oder unter Verwendung einer Form erhalten. Dieses Verfahren ermöglicht es, Abstandselemente mit einer Dicke von üblicherweise etwa 40 µm und einer Höhe von etwa 150 µm zusammen mit der Glasplatte herzustellen. Die Glasplatte wird als Frontplatte oder als Rückwand benutzt.
Gemäß dem obigen Verfahren zum Herstellen von Abstandselementen, die einstückig mit der Glasplatte ausgebildet sind, welche als Frontplatte oder Rückwand dient, durch Brennen des auf der Glasplatte erzeugten Formkörpers der Abstandselemente unter Einsatz der Paste, die Glas und einen keramischen Füllstoff enthält, ist es jedoch nicht möglich, wegen der Schrumpfung durch das Brennen die Abstandselemente genau herzustellen. Außerdem werden die Abstandselemente verformt oder schälen sich von der Glasplatte ab.
Das heißt, beim Brennen des Formkörpers der Abstandselemente schrumpft die den Formkörper tragende Glasplatte fast nicht, aber es schrumpft der Formkörper (die Abstandselemente). Dadurch entsteht zwischen des Abstandselements und der Glasplatte eine Schrumpfungsdifferenz und führt zu den vorgenannten Problemen.
Wenn die Abstandselemente mit einer geringen Höhe hergestellt werden, wird die durch das Brennen verursachte Schrumpfung der Abstandselemente aufgrund der Sperrkraft der Glasplatte vermindert und die vorgenannte Schwierigkeit tritt fast nicht auf. Deshalb wird das vorgenannte Verfahren zum Herstellen der Abstandselemente auf den Plasmabildschirm angewandt, der Abstandselemente mit geringer Höhe benötigt. Mit zunehmender Höhe der Abstandselemente wird aber deren Schrumpfungskraft größer als die Sperrkraft der Glasplatte. Das heißt, es ist dann nicht länger möglich, die durch das Brennen verursachte Schrumpfung der Abstandselemente herabzusetzen, und die vorgenannten Schwierigkeiten treten deutlich in Erscheinung. Dementsprechend konnte das genannte Verfahren zum Herstellen der Abstandselemente nicht auf den Feldemissionsbildschirm angewandt werden, der Abstandselemente mit einer Höhe von mindestens 500 µm benötigt. Selbst wenn das Verfahren anwendbar wäre, müßte die Dicke der Abstandselemente stark vergrößert werden. Insgesamt ist das Verfahren zum Herstellen solcher Abstandselemente für den Feldemissionsbildschirm nicht geeignet.
Deshalb wird bei einem Feldemissionsbildschirm ein Glas oder eine Keramik nach dem Brennen zu der Form der Abstandselemente geschnitten und auf die Oberfläche der Glasplatte geklebt, die als Frontplatte oder Rückwand dient, um die Abstandselemente herzustellen. Dieses Verfahren führt aber zu Abstandselementen mit einer geringen Dimensionsgenauigkeit oder Positionsgenauigkeit, was eine mühsame Arbeit erfordert. Außerdem ist es nicht geeignet, die Dicke der Abstandselemente oder den Zwischenraum zwischen diesen zu verringern.
Ferner treffen bei dem Feldemissionsbildschirm Elektronen, die von den elektronenemittierenden Elementen ausgesandt werden, auf die in der Nähe der Elektronenflugbahn befindlichen Wandoberflächen der Abstandselemente und verursachen eine elektrische Aufladung dieser Wandoberflächen. Das heißt, die von den Elektronenemissionselementen erzeugten Elektronenstrahlen werden durch die elektrische Ladung auf den Wandoberflächen der Abstandselemente gebeugt. Dadurch treffen die Elektronenstrahlen nicht auf die vorbestimmten Stellen auf der Frontplatte, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Dadurch wird das auf der Frontplatte gezeigte Bild verzerrt, zwischen den Elektronenemissionselementen und den Abstandselementen entsteht eine anormale elektrische Entladung und die Dichte der an dem Phosphor ankommenden Elektronenstrahlen nimmt ab. Dadurch wird es schwierig, die gewünschte Helligkeit zu erhalten.
Die JP 11-073874 (Patent Abstracts of Japan, Bd. 1999, Nr. 08 vom 30. Juni 1999) beschreibt die Herstellung eines Plasmabildschirms mit Trennwänden. Die Herstellung der Trennwände erfordert den Einsatz einer speziellen lichtempfindlichen Komponente, z. B. einer multifunktionellen Acrylverbindung eines lichtempfindlichen Monomers. Für die Bildung der Trennwände kann ein schwarzes Metalloxid auf die Teilchen eines Glasmaterials durch Haftung aufgebracht werden, um diese Wände schwarz einzufärben.
Aus der US 5675212 ist der Aufbau von Abstandselementen für den Einsatz bei Flachbildschirmen bekannt. Die Abstandselemente müssen ein Übergangsmetalloxid enthalten, um den gewünschten elektrischen Widerstand zu erreichen. Zusätzlich werden sie durch Brennen in einer reduzierenden Atmosphäre über den Rändern der Abstandselemente mit Metallisierungsstreifen versehen. Dieser Verfahrensschritt macht die Herstellung der Abstandelemente komplizierter und teurer. Das Gleiche trifft für eine andere Ausführungsform des Abstandselements zu, das einen elektrisch isolierenden Keramikkern mit zusätzlichen Überzügen mit elektrischem Widerstand aufweist, die mit den Außenoberflächen des Abstandselements verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung ist gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, weil die Zugabe eines Metalls, das in dem Glasmaterial dispergiert ist, während des Brennens des Formkörpers zu einer Volumenausdehnung desselben führt, und zwar durch die Oxidation eines Teils des genannten Metalls. Die Volumenausdehnung reduziert die Schrumpfung des Formkörpers während des Brennens wesentlich und verbessert deshalb die Dimensionsstabilität des Formkörpers, wenn er während der Brennstufe in das Abstandselement überführt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Abstandselemente anzugeben, die in wirksamer Weise vor einem Verformen oder einem Abschälen von einer Glasplatte durch das Schrumpfen während des Brennens bewahrt werden und bei denen eine elektrische Aufladung wirksam verhindert wird.
Dies beinhaltet die Aufgabe, Abstandselemente bereitzustellen, welche einstückig mit der Frontplatte oder der Rückwand ausgebildet sind und insbesondere für einen Feldemissionsbildschirm wirksam sind.
Die genannte Aufgabe beinhaltet auch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen von Abstandselementen mit einer Höhe (Länge) von mindestens 500 µm.
Die genannte Aufgabe beinhaltet auch, ein Verfahren zum Herstellen von Abstandselementen anzugeben, das es ermöglicht, die Dicke und den Zwischenraum zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Abstandselemente zur Verfügung gestellt, die zwischen einer Frontplatte, welche ein Bild zeigt, und einer Rückwand, die der Rückseitenoberfläche der Frontplatte zugewandt ist, angeordnet werden, um dazwischen einen Raum für elektrische Entladungen aufrechtzuerhalten. Die Abstandselemente sind dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Produkt hergestellt sind, das durch Brennen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre gesintert worden sind und eine Struktur aufweisen, bei der mindestens ein Metall, das aus Si, Zn, Al, Sn und Mg ausgewählt ist, in einem Glas dispergiert und teilweise oxidiert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen dieser Abstandselemente zur Verfügung gestellt, und zwar durch Herstellen einer Paste aus einem Glas und mindestens einem darin dispergierten speziellen Metall, Ausbilden eines Formkörpers des Abstandselements auf der Frontplatte oder der Rückwand und Brennen des Formkörpers in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um einen Teil des genannten Metalls zu oxidieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Bildschirm bereitgestellt, der gekennzeichnet ist durch eine Frontplatte zum Anzeigen eines Bildes mit einer auf der Rückseitenoberfläche der Frontplatte ausgebildeten Phosphorschicht, wobei die Rückwand der Rückseitenoberfläche der Frontplatte zugewandt ist und an ihrer Oberfläche auf der Seite der Frontplatte elektronenemittierende Elemente aufweist, und wobei die oben definierten Abstandselemente zwischen der Frontplatte und der Rückwand vorgesehen sind, um dazwischen einen Raum für eine elektrische Entladung aufrechtzuerhalten.
Die erfindungsgemäßen Abstandselemente haben insofern ein besonderes Merkmal als sie aus einem gesinterten Produkt hergestellt sind, das eine Struktur aufweist, bei der ein vorgegebenes Metall (Si, Zn, Al, Sn oder Mg) in dem Glas dispergiert ist.
Das heißt, aufgrund des in dem Glas dispergierten Metalls wird den Abstandselementen die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit verliehen. Deshalb wird wirksam verhindert, daß die in der Nähe der elektronenemittierenden Elemente angeordneten Abstandselemente elektrisch aufgeladen werden. Dadurch werden wirksam Schwierigkeiten vermieden, z. B. ein Verzerren des Bildes oder ein Abfall in der Helligkeit, die für einen Fehlemissionsbildschirm spezifisch sind und durch die elektrische Aufladung der Abstandselemente verursacht werden.
Eine Keramik, aus der solche Abstandselemente bestehen, wird durch Brennen eines Formkörpers (der die Form des Abstandselements aufweist) aus einem Gemisch aus Glas und einem Metall in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erhalten. Aufgrund des Brennens wird das Metal teilweise oxidiert und erfährt eine Volumenausdehnung. Das Schrumpfen des Formkörpers wird durch die Volumenausdehnung eines Teils des Metalls vermindert. Deshalb können die erfindungsgemäßen Abstandselemente, bei denen das Metal in dem Glas dispergiert ist, mit der isolierenden Platte, z. B. der Frontplatte oder der Rückwand, des Bildschirms einstückig hergestellt werden. Daher schrumpfen die Abstandselemente durch das Brennen sogar dann wenig, wenn sie eine Höhe von mindestens 500 µm aufweisen, und es wird verhindert, daß sie sich deformieren oder von der Glasplatte abschälen. Außerdem braucht die Dicke der Abstandselemente nicht unnötig vergrößert zu werden, was den Vorteil hat, daß ihre Dicke und der Zwischenraum zwischen mehreren Abstandselementen verringert werden.
Somit sind die Abstandselemente der vorliegenden Erfindung für den Feldemissionsbildschirm (FED-Bildschirm), der Abstandselemente mit einer Höhe von mindestens 500 µm erfordert, besonders nützlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Bildschirm (FED) erläutert, der mit Abstandselemente der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;
2a bis 2f sind Ansichten, welche die Stufen der Herstellung eines Formkörpers für Abstandselemente erläutern;
3a und 3b sind Ansichten, welche die Abstandselemente der vorliegenden Erfindung im Querschnitt und in einem größeren Maßstab erläutern;
4a bis 4h sind Ansichten, welche Abstandselemente mit verschiedener Gestalt erläutern, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind.
5 ist eine durch Abtasten erhaltene Elektronenmikrophotographie, welche den Querschnitt des gesinterten Produkts der Probe Nr. 6 des Beispiels 1 zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die TG- und die DTA-Kurve der Probe 1 des Beispiels 1 zeigt;
7 ist ein Diagramm, welches die TG- und die DTA-Kurve der Probe 6 des Beispiels 1 zeigt; und
8 ist eine Darstellung, welche die Querschnittsgestalt eines Abstandselements zeigt, das aus der Probe Nr. 7 des Beispiels 6 hergestellt wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun der Aufbau des Bildschirms (FED) beschrieben, der mit den Abstandselementen der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist. Unter Bezugnahme auf 1 weist der Bildschirm, der allgemein mit 1 bezeichnet wird, eine Frontplatte 2 und eine Rückwand 3, die der Rückseitenoberfläche der Frontplatte 2 zugewandt und parallel hierzu angeordnet ist, auf. Ein Rahmen 4 ist mit einem Klebstoff, z. B. einem gesinterten Glas, an den Außenumfangsbereichen der Frontplatte 2 und der Rückwand 3 befestigt. Der Raum zwischen der Frontplatte 2 und der Rückwand 3 ist mit dem Rahmen 4 abgedichtet. In dem mit dem Rahmen 4 abgedichteten Raum sind erfindungsgemäße Abstandselemente 5 in einer Mehrzahl angeordnet und halten einen geeigneten Zwischenraum aufrecht, der zwischen der Frontplatte 2 und der Rückwand 3 konstant gehalten wird.
Auf der Frontplatte 2 wird ein Bild angezeigt. Für diesen Zweck ist auf der Rückseitenoberfläche (die der Rückwand 3 zugewandt ist) der Frontplatte 2 eine Phosphorschicht 6 ausgebildet. Das heißt, wenn die Phosphorschicht 6 Licht aussendet, wird auf der Frontplatte 2 ein Bild angezeigt. Die Phosphorschicht 6 enthält mindestens 3 Phosphorarten, die Licht mit den Farben rot (R), grün (G) und blau (B) emittieren. In Form einer Matrix sind mehrere Sätze von Phosphorschichten 6 regelmäßig angeordnet, wobei jeder Satz der Phosphorschicht 6 eine Phosphorschicht 6R aus rotem Phosphor, eine Phosphorschicht 6 G aus grünem Phosphor und eine Phosphorschicht 6B aus blauem Phosphor aufweist.
An der Innenoberfläche der Rückwand 3 (auf der Oberfläche, die der Frontplatte 2 zugewandt ist) sind mehrere Elektronenemissionselemente 7 derart vorgesehen, daß sie der Phosphorschicht 6 gegenüberliegen. Das heißt, die von den Elektronenemissionselementen 7 emittierten Elektronenstrahlen treffen auf die Phosphorschicht 6 auf, so daß sie Licht mit jeder der Farben emittiert. Aufgrund des so emittierten Lichts wird auf der Frontplatte 2 ein Bild angezeigt. Der Aufbau der Elektronenemissionselemente 7 ist bekannt und es können verschiedene Strukturen verwendet werden. Bei dem Beispiel gemäß 1 sind mehrere lineare Anodenschichten 7a und mehrere lineare Katodenschichten 7b in paralleler Anordnung vorgesehen und halten einen geeigneten Zwischenraum an der Innenoberfläche der Rückwand 3 aufrecht, wobei sich die positiven Elektrodenschichten 7a und die negativen Elektrodenschichten 7b überschneiden. Zwischen der Anodenschicht 7a und der Kathodenschicht 7b ist in dem Überschneidungsbereich eine Isolierungsschicht 7c ausgebildet. Das heißt, an dem Überschneidungsbereich besteht das Elektronenemissionselement 7 aus der Anodenschicht 7a, der Kathodenschicht 7b und der Isolierungsschicht 7c. Dieser Aufbau des Elektronenemissionselements 7 wird MIM-Struktur genannt. Die Struktur des Elektronenemissionselements 7 ist nicht auf die MIM-Struktur beschränkt sondern kann in Form der sogenannten Oberflächenleiterstruktur oder der Feldemissionsstruktur, die bekannt waren, vorliegen.
Bei dem obigen Bildschirm (FED) 1 wird der Raum zwischen der Frontplatte 2 und der Rückwand 3 durch den Rahmen 4 abgeschlossen, um die Elektronenstrahlen von den Elektronenemissionselementen 7 auf die Phosphorschicht 6 zu emittieren. Außerdem wird der Raum (für die elektrische Ent ladung) in einem Vakuumzustand von beispielsweise etwa 10^-4 Pa gehalten, wobei das Evakuieren über eine Gasauslaßöffnung 9 erfolgt, die in einem Ende der Rückwand 2 ausgebildet ist. In dem durch den Rahmen 4 abgeschlossenen Raum sind Abstandselemente 5 vorgesehen, um den Zwischenraum zwischen der Frontplatte 2 und der Rückwand 3 konstant zu halten und zu verhindern, daß die Frontplatte 2 und die Rückwand 3 durch den Atmosphärendruck deformiert werden, und um einen geeigneten Raum für die elektrische Entladung aufrechtzuerhalten.
Bei dem Bildschirm 1 ist die Frontplatte 2 aus einer transparenten Platte hergestellt, die ein Glas enthält, beispielsweise Quarzglas, Natronkalkglas, Niedrignatronglas, Bleialkalisilicatglas, Borsilicatglas oder Saphir, Quarz, Zirconiumdioxideinkristall oder Diamant.
Die Rückwand 3 kann aus einer Glasplatte hergestellt sein, z. B. aus Quarzglas, Natronkalkglas, Niedrignatronglas, Bleialkalisilicatglas oder Borsilicatglas oder aus einer Keramikplatte, z. B. aus Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid, oder aus einer Siliciumplatte. Jedoch ist es im Allgemeinen bevorzugt, daß die Rückwand 3 aus einem Niedrignatronglas, das Natrium und Blei in kleinen Mengen enthält, hergestellt ist.
Die Anodenschicht 7a und die Kathodenschicht 7b, welche das Elektronenemissionselement 7 bilden, können unter Einsatz mindestens eines der Metalle Silber, Aluminium, Nickel, Platin, Gold und Palladium oder unter Einsatz von diese Metalle enthaltenden Legierungen, amorphem Silicium, Polysilicium oder Graphit hergestellt werden. Ferner kann die Isolierungsschicht 7c hauptsächlich eine Verbindung, z. B. ein Oxid oder ein Nitrid mindestens eines der Metalle Si, Ti, Ga, W, Al und Pd, enthalten.
Weiterhin wird der Rahmen 4 üblicherweise aus einem Glas hergestellt, das durch Sintern eines Frittenglases erhalten worden ist.
Unter Bezugnahme auf 1 kann zwischen der Phosphorschicht 6 und der Frontplatte 2 ein transparenter ITO-Film (Indium-Zinn-Oxid-Film) 10 ausgebildet werden, um die von den Elektronenemissionselementen 7 emittierten Elektronenstrahlen zu der Phosphorschicht 6 zu beschleunigen. Anstelle des ITO-Films 10 kann ferner ein (nicht gezeigtes) Metallrückenteil aus einer Metallschicht mit einer Dicke von 100 bis 300 nm an der Oberfläche der Phosphorschicht 6 (der vorderen Oberfläche auf der Seite der Rückwand 3) angeordnet werden. Beim Einsatz eines solchen Metallrückenteils werden die Elektronenstrahlen beschleunigt und das von der Phosphorschicht 6 gestreute Licht wird reflektiert, um die Helligkeit des emittierten Lichts zu steigern. Das metallische Rückenteil wird üblicherweise aus einer Metallfolie, wie Aluminium, Silber, Nickel oder Platin, hergestellt.
Wie in 1 gezeigt wird, kann weiterhin eine sogenannte schwarze Matrix 11 mit schwarzer oder einer dunklen Farbe in den Bereichen auf der Rückseitenoberfläche der Frontplatte 2 vorgesehen sein, wo die Phosphorschicht 6 nicht ausgebildet ist, um ein scharfes Bild zu erhalten, und zwar durch Verhindern einer Unschärfe der Farbe des auf der Frontplatte 2 gezeigten Bildes, und um den Kontrast des dargestellten Bildes zu verbessern. Eine solche schwarze Matrix 11 wird aus einem Gemisch eines Oxids von beispielsweise Nickel, Kupfer oder Mangan und einem nied rigschmelzenden Glas oder aus metallischem Chrom oder Graphit gebildet.
Eine diffusionsverhindernde Schicht 12 aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid kann zwischen der Oberfläche der Rückwand 3 und den Elektronenemissionselementen 7 ausgebildet werden, um zu verhindern, daß Verunreinigungen in die Elektronenemissionselemente 7 eindiffundieren.
Abstandselemente 5:
Die für den vorgenannten Bildschirm 1 verwendeten Abstandselemente 5 der Erfindung werden durch einstückiges Brennen mit der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 hergestellt und an ihrem anderen Ende an der Rückwand 3 oder der Frontplatte 2 mit einem Klebstoff, wie einem gesinterten Glas angeklebt und befestigt. In 1 sind die Abstandselemente 5 auf beiden Seiten eines Satzes der Phosphorschicht angeordnet, die drei Phosphorschichten 6R, 6G, 6B aufweist. Die Abstandselemente können jedoch für jede Phosphorschicht 6 oder nach jedem der mehreren Sätze der Phosphorschichten angeordnet sein.
Es ist bevorzugt, daß die Abstandselemente 5 unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens einer elektrischen Kurzschlußentladung zwischen den Elektronenemissionselementen 7 und der Phosphorschicht 6 eine Höhe von 500 bis 4000 µm, insbesondere von 1500 bis 4000 µm, aufweisen und vorzugsweise die Dichte der an der Phosphorschicht 6 ankommenden Elektronenstrahlen unter Kontrolle halten. Unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit, der Größenabnahme der Abstandselemente 5 und der Helligkeitszunahme des Bildschirms ist es ferner erwünscht, daß die Abstandselemente eine Dicke von 70 bis 200 µm aufweisen. Es ist ferner be vorzugt, daß der Zwischenraum zwischen den Abstandshaltern 5 derart gewählt wird, daß die Frontplatte 2 und die Rückwand 3 wirksam von einem Verformen durch den externen Druck bewahrt bleiben, wenn der Raum zwischen der Frontplatte 2 und der Rückwand 3 unter einem Vakuum gehalten wird. Es ist erwünscht, daß der Zwischenraum beispielsweise 400 µm und höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 1 mm, beträgt.
Weiterhin können die Abstandselemente 5 die Gestalt einer Rippe, eines Gitters, eines Stabes oder eines Rahmens aufweisen. Wenn beispielsweise die rippenartigen Abstandselemente in einer großen Anzahl angeordnet werden sollen, ist es bevorzugt, daß sie zum Aufrechterhalten des vorgenannten Zwischenraums parallel angeordnet werden.
Die erfindungsgemäßen Abstandselemente 5, welche die vorgenannte Größe haben, werden aus einem gesinterten Produkt mit einer Struktur hergestellt, in der mindestens eines der Metalle Si, Zn, Al, Sn und Mg in einem Glas dispergiert ist. Das heißt, die das Metall enthaltende Abstandselemente 5 sind elektrisch leitend, und es wird wirksam verhindert, daß sie elektrisch aufgeladen werden. Somit löst die Erfindung in wirksamer Weise verschiedene Probleme, welche durch die elektrische Aufladung der Abstandselemente verursacht werden. Beispielsweise verhindert sie ein Verzerren des Bildes aufgrund der Beugung der Elektronenstrahlen und verhindert eine Abnahme der Helligkeit aufgrund einer anormalen Entladung zwischen den Elektronenemissionselementen 7 und den Abstandselementen 5.
Ferner hat das vorgenannte Metall die Eigenschaft oxidiert zu werden, begleitet von einer Volumenausdehnung, wenn es in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine Temperatur von 350 bis 490 °C erhitzt wird. Beispielsweise beginnt metallisches Si bei etwa 450 °C an offener Luft zu oxidieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Temperatur des Oxidationsbeginns die Minimaltemperatur, bei der sowohl Wärme aufgenommen wird unter Erweichung des Glases als auch Wärme erzeugt wird unter Oxidation des Metalls auf einer TG-DTA-Kurve, wobei das Gewicht ansteigt.
Deshalb schrumpft beim Brennen eines Gemisches aus dem Glaspulver und dem Metallpulver unter den vorgenannten Bedingungen das Volumen des Glaspulvers aufgrund des Brennens, jedoch wird das Metall teilweise oxidiert und expandiert. Die Volumenausdehnung hilft das Schrumpfen aufgrund des Brennens zu vermindern. Das heißt, die Abstandselemente 5 der Erfindung können hergestellt werden, wobei seine Neigung, durch das Brennen zu schrumpfen, vermindert wird. Dadurch wird es möglich, verschiedene Probleme wirksam zu lösen, die durch das Schrumpfen aufgrund des Brennens zu der Zeit entstehen, wenn die Abstandselementen 5 einstückig mit der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 gebildet werden, wobei z. B. die Verformung der Abstandselemente 5 und das Abschälen derselben von der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 wirksam verhindert werden. Weiterhin wird es ermöglicht, die Positionsgenauigkeit der Abstandselemente 5 zu verbessern. Somit können die Abstandselemente 5 der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, während das Schrumpfen aufgrund des Brennens vermindert wird, und es wird vermieden, daß sie sich deformieren oder abschälen, selbst dann, wenn sie eine Höhe (mindestens 500 µm) und eine Dicke (höchstens 200 µm) aufweisen, wie oben angegeben wurde. Auch können sie unter Beibehaltung eines engen Zwischenraums genau angeordnet werden.
In den erfindungsgemäßen Abstandselemente 5 kann die Glaskomponente ein Bleiglas (PbO-B₂O₃-SiO₂), ein Alkalisilicatglas, ein Bismutglas (Bi₂O₃-B₂O₃), ein SiO₂-B₂O₃-Glas, ein Natronglas oder ein Siliciumdioxidglas sein. Unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit, des Sinterns bei niedriger Temperatur, der Benetzbarkeit der Metallkomponente, der Haftung an der Frontplatte 2 oder an der Rückwand 3 und der chemischen Stabilität ist es jedoch bevorzugt, ein Bleiglas mit einem Gehalt an PbO, SiO₂ und B₂O₃ oder ein Bismutglas mit einem Gehalt an Bi₂O₃ und B₂O₃ zu verwenden. Es ist erwünscht, daß das Glas üblicherweise eine Erweichungstemperatur über einen Bereich von 370 bis 850 °C aufweist. Unter dem Gesichtspunkt des Herstellens der Abstandselemente 5 bei einer niedrigen Temperatur ist es jedoch besonders bevorzugt, daß das Glas eine Erweichungstemperatur von 370 bis 430 °C hat. Vorzugsweise ist das Glas in dem gesinterten Produkt im Allgemeinen in einer Menge von 40 bis 75 Gew% enthalten.
Die vorgenannten Metallkomponenten, d.h. Si, Zn, Al, Sn und Mg, können jeweils allein oder in Kombination aus zwei oder mehreren hiervon in dem gesinterten Produkt verteilt sein. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung der elektrischen Leitfähigkeit, der Temperatur des Oxidationsbeginns und der Volumenausdehnung aufgrund der Oxidation des Metalls ist unter diesen Metallkomponenten die Verwendung von Si, Zn und Sn bevorzugt. Weiterhin ist es unter dem Gesichtspunkt der Verträglichkeit mit dem Glas und der Hafteigenschaft besonders bevorzugt, metallisches Si zu benutzen. Unter den vorgenannten Metallkomponenten haben die Oxide von Sn und Zn eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit und sind unter dem Gesichtspunkt des Erzielens der elektrischen Leitfähigkeit bei den Abstandselementen 5 bevorzugt.
Es ist weiterhin erwünscht, daß die vorgenannte Metallkomponente in dem gesinterten Produkt in einer solchen Menge enthalten ist, daß der Durchgangswiderstand des gesinterten Produkts (Abstandselement 5) 1 × 10⁶ bis 1 × 10¹⁴ Ωcm bei 25 °C beträgt. Wenn der Durchgangswiderstand über dem vorgenannten Bereich liegt, ist es nicht möglich, wirksam zu verhindern, daß die Abstandselemente 5 elektrisch aufgeladen werden. Wenn andererseits der Durchgangswiderstand unter dem erwähnten Bereich liegt, wird es schwierig, ein dichtes gesintertes Produkt zu erhalten, und die aus einem solchen gesinterten Produkt hergestellten Abstandselemente 5 sind unter dem Gesichtpunkt der Festigkeit nicht zufriedenstellend. Der Gehalt des Metalls in dem gesinterten Produkt mit einem solchen Durchgangswiderstand beträgt im Allgemeinen 1,5 bis 34 Gew%, obwohl er in Abhängigkeit von der Art des Metalls unterschiedlich sein kann.
Das die Abstandselemente 5 bildende gesinterte Produkt der vorliegenden Erfindung kann ferner zusätzlich zu der vorgenannten Glaskomponente und der Metallkomponente einen keramischen Füllstoff, wie TiO₂, ZnO, SnO₂, ZrO₂, SiO₂, BN oder Al₂O₃, enthalten. Der keramische Füllstoff bewirkt eine Senkung der Brenntemperatur, eine Einstellung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des gesinterten Produkts und die Einstallung einer Farbe. Ferner dient er zum Einstellen des Verformungspunkts des Glases, so daß sich das Abstandselement 5 während des Brennens nicht deformiert. Beispielsweise ist es erwünscht, durch den Einsatz des keramischen Füllstoffs die Abstandselemente 5 derart einzustellen, daß sie einen durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 15 bis 450 °C von 7 bis 9 ppm/°C, insbesondere von 7,5 bis 8,2 ppm/°C, aufweisen. Die Frontplatte 2 oder die Rückwand 3, welche mit Abstandselementen 5 versehen sind, die einen solchen durchschnittlichen Wär meausdehnungskoeffizienten haben, zeigen den Vorteil, daß die Abstandselemente 5 keine Fehler entwickeln, z. B. ein Einreißen, und zwar selbst dann, wenn sie erhitzt oder abgekühlt werden. Der keramische Füllstoff wird in einer solchen Menge benutzt, daß er die durch das Metall verliehene elektrische Leitfähigkeit oder die Wirkung der Verminderung des Schrumpfens durch das Brennen, was durch die Oxidation des Metalls hervorgerufen wird, nicht beeinträchtigt. Es ist bevorzugt, daß der Gehalt des keramischen Füllstoffs in dem gesinterten Produkt höchstens 30 Gew%, insbesondere höchstens 20 Gew%, beträgt.
Unter den vorgenannten keramischen Füllstoffen hat TiO₂ die Eigenschaft, die Brenntemperatur und die Temperatur des Oxidationsbeginns des vorgenannten speziellen Metalls zu senken. Insbesondere kann die Brenntemperatur durch Verwenden vom TiO₂ vom Rutil-Typ oder vom Anatas-Typ um mindestens 10 °C, vorzugsweise um mindestens 20 °C, besonders bevorzugt um mindestens 30 °C, gesenkt werden. Das TiO₂ vom Rutil-Typ hat die Eigenschaft, die Brenntemperatur weiter zu senken als das TiO₂ vom Anatas-Typ und zeigt eine starke katalytische Wirkung in der Förderung der Oxidation des speziellen Metalls, hat aber auch die Eigenschaft, das Glas zu reduzieren. Wenn das Glas reduziert wird, fließen Komponenten im Glas, z. B. Blei usw, aus. Dadurch vermindert sich die Dichte des gesinterten Produkts, was unter dem Gesichtspunkt der Bildung von Abstandselementen mit einer hohen Festigkeit nachteilig ist. Deshalb ist es bei der vorliegenden Erfindung erwünscht, das TiO₂ vom Anatas-Typ zu verwenden.
Wenn Glas mit einem Gehalt an PbO und Bi₂O₃ eingesetzt wird, ist es unter dem Gesichtspunkt des Erzielens eines hochfesten Abstandselements vorteilhaft, ZnO oder SnO₂ als keramischen Füllstoff zu benutzen. Das heißt, wenn das Gemisch, welches das vorgenannte Glas und das spezielle Metall enthält, gebrannt wird, lagern sich PbO und Bi₂O₃ im Glas auf den Glasoberflächen ab und werden begleitend zur Oxidation des speziellen Metalls reduziert. Dies ermöglicht ein Verdampfen und Sublimieren von Pb und Bi. Bei diesem Verdampfen und Sublimieren von Pb und Bi entstehen in dem gesinterten Produkt viele Poren, wodurch das gesinterte Produkt (Abstandselement) an Festigkeit verliert. Benutzt man jedoch ZnO oder SnO₂ als Füllstoff, wird eine Abscheidung von PbO und Bi₂O₃ an den Glasoberflächen wirksam unterdrückt. Im Ergebnis wird dann auch das Entstehen von Poren unterdrückt, was unter dem Gesichtspunkt der Herstellung von hochfesten Abstandselementen vorteilhaft ist.
Die aus dem vorgenannten gesinterten Produkt hergestellten Abstandselemente 5 der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders gut für die Verwendung bei Bildschirmen 1 (FED) mit dem in 1 dargestellten Aufbau. Jedoch können die Abstandselemente 5 der vorliegenden Erfindung auch vorzugsweise für Bildschirme benutzt werden, die keine FED-Schirme sind, z. B. Plasmabildschirme (PDP) und Plasma-Address-Flüssigkristallbildschirme (PALC) mit einem Aufbau, bei dem das Innere evakuiert oder mit einem Gas unter einem vorgegebenen Druck gefüllt ist.
Die Keramik zum Herstellen der Abstandselemente 5 unterdrückt ein durch das Brennen verursachtes Schrumpfen und kann gewünschtenfalls als eine Isolierplatte für die mit einer dünnen Leiterschicht versehene Leiterplatte, als Quetschhülse zum Verbinden der optischen Fasern oder optischen Teile und als Verschlußelement benutzt werden.
Verfahren zum Herstellen der Abstandselemente 5:
Die Abstandselemente 5 der Erfindung produziert man durch Herstellen einer Formpaste, die ein Glas, die vorgenannte Metallkomponente und erforderlichenfalls einen keramischen Füllstoff enthält, Aufbringen der Paste auf eine vorgegebene Platte, welche die Frontplatte 2 oder die Rückwand 3 bildet, Formen eines Formkörpers der Abstandselemente und Brennen des Formkörpers unter vorgegebenen Bedingungen.
Ausgangspulver:
Unter dem Gesichtspunkt der Herstellung eines dichten gesinterten Produkts ist es bevorzugt, daß die vorgenannte Glaskomponente in dem gesinterten Produkt zum Herstellen der Abstandselemente 5 in Form eines Pulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von höchstens 6 µm vorliegt.
Es ist erwünscht, daß das vorgenannte Metall für das Erreichen der elektrischen Leitfähigkeit der Abstandselemente 5 und für das Verhindern der Schrumpfung während des Brennens in Form eines Pulvers oder einer Faser mit irgend einer Gestalt, z. B. einer kugelförmigen, unregelmäßigen, hohlen oder flockenförmigen Gestalt, vorliegt. Unter dem Gesichtspunkt, einen Teil des Metalls durch das Brennen, das später noch beschrieben wird, nicht zu oxidieren sondern das Metall zu lassen, wie es ist, um seine Oberflächenbereiche zu vergrößern, damit die Volumenausdehnung durch die Oxidation eines Teils des Metalls gefördert wird, ist es weiterhin erwünscht, daß das Pulver eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,5 bis 6 µm, insbesondere von 1,0 bis 3,0 µm, aufweist. Wie oben beschrieben, wird die Metallkomponente in einer solchen Menge eingesetzt, daß der Durchgangswiderstand (25 °C) des gesinterten Produkts innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Jedoch wird die Metallkomponente im Allgemeinen in einer Menge von 5 bis 70 Gewichtsteilen, vorzugsweise von 20 bis 60 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile des Glaspulvers, verwendet. Wenn die Metallmenge unter dem obigen Bereich liegt, reicht die Wirkung zum Erzielen der elektrischen Leitfähigkeit nicht aus, um eine elektrische Aufladung zu verhindern, und die Volumenausdehnung durch Oxidation reicht nicht aus, um die durch das Brennen verursachte Schrumpfung zu vermindern. Wenn die Metallmenge den obigen Bereich übersteigt, wird es nicht nur schwierig, eine Paste zu erhalten, in der das Metall homogen verteilt ist, sondern es ist auch schwierig, ein dicht gesintertes Produkt zu erhalten. Auch kann die Festigkeit der Abstandselemente 5 verringert sein.
Es ist bevorzugt, daß der für das Einstellen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingesetzten Füllstoffs einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,05 bis 10 µm, insbesondere von 0,1 bis 3 µm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 2 µm, aufweist. Wie oben beschrieben, wird der keramische Füllstoff in dem gesinterten Produkt in einer Menge von höchstens 30 Gew%, vorzugsweise von höchstens 20 Gew%, eingesetzt.
Wenn TiO₂ als keramischer Füllstoff benutzt wird, ist es bevorzugt, daß seine Menge in dem gesinterten Produkt innerhalb des vorgenannten Bereichs liegt und 5 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Glaspulvers sowie 16 bis 600 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des oben genannten speziellen Metalls trägt. Der Einsatz des TiO₂ ermöglicht es, die Brenntemperatur und die Temperatur des Oxidationsbeginns des speziellen Metalls herabzusetzen, was den Vorteil hat, daß die Phosphorschicht 6 an der Front platte 2 und die Elektronenemissionselemente 7 an der Rückwand 3 durch gemeinsames Brennen gleichzeitig mit den Abstandselementen 5 hergestellt werden können.
Wenn ZnO oder SnO₂ als keramischer Füllstoff verwendet wird, ist es bevorzugt, daß seine Menge in dem gefilterten Produkt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt und 5 bis 50 Gewichtsteile, insbesondere 10 bis 30 Gewichtsteile, pro 100 Gewichtsteile des Glaspulvers sowie 10 bis 150 Gewichtsteile, insbesondere 20 bis 100 Gewichtsteile, pro 100 Gewichtsteile der Summe aus PbO und Bi₂O₃ in dem Glas beträgt.
(a) Herstellung der Formpaste:
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Formpaste unter Einsatz des vorgenannten Ausgangspulvers hergestellt. Das heißt, das oben erwähnte Glaspulver, ein Pulver eines speziellen Metalls und erforderlichenfalls ein keramischer Füllstoff werden zusammen gemischt. Hierzu werden ein Bindemittel, z. B. ein Acrylharz, ein Weichmacher, ein Dispergiermittel und ein organisches Lösungsmittel gegeben. Es folgt ein Verkneten zur Herstellung der Formpaste, in der die Ausgangspulver homogen dispergiert sind.
(b) Herstellung des Formkörpers für die Abstandselemente:
Bei der vorliegenden Erfindung wird durch Verwenden der oben hergestellten Formpaste ein Formkörper für die Abstandselemente auf einer Isolierplatte hergestellt, die als Frontplatte 2 oder Rückwand 3 dient.
Dieses Formen kann durch mehrmaliges Aufbringen der Formpaste auf die Isolierplatte mit Hilfe eines Druckverfahrens unter Verwendung einer Maske, z. B. eines vorgegebenen Musters, oder durch Anordnen einer Form auf der Isolierplatte, Füllen der Form mit der Formpaste und Entfernen der Form durchgeführt werden. Um die Dimensionsgenauigkeit der Abstandselemente 5 gemäß der vorliegenden Erfindung weiter zu verbessern, wird auf der Isolierplatte, die als Frontplatte 2 oder Rückwand 3 dient, eine Weichharzschicht ausgebildet, zur Erzeugung der Abstandselemente werden in die Weichharzschicht Ausnehmungen eingraviert, die ausgenommenen Bereiche zur Bildung der Abstandselemente werden mit der Formpaste gefüllt und dann wird die Weichharzschicht entfernt, um den Formkörper für die Abstandselemente zu erhalten. Die Stufen werden nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
(b-1) Stufe zum Formen eines Weichharzes (2a):
Zuerst wird eine Isolierplatte 20 hergestellt und darauf eine Weichharzschicht 21 mit einer Dicke entsprechend der Höhe der Abstandselemente 5 ausgebildet.
Die Isolierplatte 20 dient als Frontplatte 2 oder Rückwand 3, wie in 1 gezeigt ist, und ist aus einem Glas oder einer Keramik hergestellt.
In der Weichharzschicht 21 werden durch Preßformen, das später beschrieben wird, ausgenommene Bereiche auf einfache Weise ausgebildet, wobei die Weichharzschicht 21 aus einer Harzzusammensetzung hergestellt wird, welche die ausgenommenen Bereiche mit einer gewünschten Gestalt aufrechterhält. Die Weichharzschicht 21 wird durch Aufbringen einer Harzpaste auf die Isolierplatte 20 erhalten. Die Harzpaste erhält man durch Mischen einer Harzkomponente, wie eines thermoplastischen Acryl- oder Butyralharzes, eines durch UV-Strahlung härtenden Harzes, eines durch Elektronenstrahlung härtenden Harzes, eines wärmehärtenden Harzes oder eines Wachses mit einem Weichmacher, wie DBP (Dibutylphthalat), DOP (Dioctylphthalat) oder α-Terpineol, oder eines hochsiedenden Lösungsmittels, wie Benzylalkohol oder IPA (Isopropylalkohol), so daß sich eine geeignete Weichheit ergibt.
Um die Gestalt der Weichharzschicht 21 aufrechtzuerhalten, kann der Harzpaste ein Harzpulver eines Kunststoffs zugegeben werden, der in Form von Perlen gehärtet worden ist. Die Weichharzschicht 21 wird am Ende entfernt. Deshalb ist es erwünscht, daß das Harzpulver durch die Wärmebehandlung bei beispielsweise höchstens 600 °C vollständig zersetzt und verdampft wird. Weiterhin kann die Harzpaste durch irgend eine bekannte Filmbildungsmethode, z. B. durch ein Siebdruckverfahren, ein Rakelverfahren, ein Schlitzbeschichtungsverfahren, ein Schleuderbeschichtungsverfahren usw., leicht aufgebracht werden.
Um die Haftung zwischen der Weichharzschicht 21 und der Isolierplatte 20 zu verbessern, kann eine Klebstoffschicht (nicht dargestellt) mit einer Dicke von etwa 1 bis etwa 20 μm auf der Oberfläche der Isolierplatte 21 ausgebildet werden. In diesem Fall wird die in der vorgenannten Formpaste enthaltene Harzkomponente in die Klebstoffschicht eingemischt, um die Haftung zwischen dem Abstandselement 5 und der Isolierplatte 20 (Frontplatte 2 oder Rückwand 3) zu verbessern.
Die oben erwähnte Harzpaste kann auch auf einen Polyesterfilm, z. B. aus einem Polyethylenterephthalat, aufgebracht werden, um eine Weichharzschicht mit einer vorgegebenen Dicke zu erzeugen. Der Film kann unter Erhitzen auf die Oberfläche der Isolierplatte 20 durch Pressen aufgeklebt und der Film dann abgeschält werden, so daß die Weichharzschicht 21 auf die Oberfläche der Isolierplatte 20 übertragen wird.
(b-2) Stufe des Ausbildens von ausgenommenen Bereichen zum Formen der Abstandselemente (2b bis 2d):
Unter Verwendung einer Form 22 werden in der so hergestellten Weichharzschicht 21 ausgenommene Bereiche 23 zum Formen der Abstandselemente erzeugt.
Die Form 22 weist Vorsprünge 22a auf, die der Gestalt der Abstandselemente entsprechen. Die Form 22 wird auf die Weichharzschicht 21 gestoßen und dann abgezogen, um die ausgenommenen Bereiche 23 zu erhalten. Es ist bevorzugt, daß die Form 22 aus einem Material mit einer hohen Steifheit, z. B. aus einem Metall, einer Keramik, einem Glas oder einem gehärteten Harz, hergestellt ist und die Form einer flachen Platte oder einer Walze aufweist.
Wenn die Form 22 eine flache Platte ist, wird sie in einer vorgegebenen Position auf der Oberfläche der Weichharzschicht 21 angeordnet, mit einem vorgegebenen Druck aufgestoßen und abgezogen, um die ausgenommenen Bereiche 23 zu bilden. Wenn die Form 22 eine Walze ist, wird sie in einer vorgegebenen Position auf der Oberfläche der Weichharzschicht 21 angeordnet, in Drehung versetzt und bewegt, während sie darauf gestoßen wird, um die ausgenommenen Bereiche 23 zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, werden die ausgenommenen Bereiche 23 für die Abstandselemente in der Weichharzschicht 21 gebildet, die dann gehärtet wird, wie erforderlich, um die Gestalt der ausgenommenen Bereiche 23 zu stabilisieren.
Wenn die ausgenommenen Bereiche 23 zum Formen der Abstandselemente hergestellt werden, wie oben beschrieben, ist es bevorzugt, daß sie eine solche Querschnittsgestalt haben, daß die Breite am Boden gering ist und zum oberen Abschnitt hin zunimmt, wie in 2d dargestellt ist. Das heißt, beim Ausbilden der ausgenommenen Bereiche 23 mit einer solchen Querschnittsgestalt kann die Metallform 22 (die Vorsprünge 22a) leicht abgezogen werden, und die Abstandselemente 5 haben eine erhöhte Festigkeit, wie unten beschrieben wird.
(b-3) Stufe des Formens eines Körpers (2e):
Unter Bezugnahme auf 2e werden die ausgenommenen Bereiche 23 zum Herstellen der Abstandselemente mit der vorgenannten Formpaste (in 2e mit 25 bezeichnet) zum Herstellen der Abstandselemente gefüllt, um dadurch die Paste in die Gestalt der Abstandselemente zu überführen.
Die ausgenommenen Bereiche 23 werden mittels einer bekannten Druckmethode, z. B. durch Siebdruck, Auftragen mittels einer Abgabevorrichtung, Vakuumspritzen, Reiben unter Drücken usw., mit der Formpaste gefüllt. In diesem Fall wird die aufgetragene Formpaste nach Bedarf gehärtet, um die Gestalt zu stabilisieren.
(b-4) Stufe des Entfernens der Weichharzschicht (2f):
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Weichharzschicht 21 von der Isolierplatte 20 in einem Zustand entfernt, in dem die ausgenommenen Bereiche 23 mit der Formpaste 25 gefüllt sind, um dadurch, wie in 2f dargestellt ist, einen Formkörper der Abstandselemente (der geformten Abstandskörper) 26 auf der Isolierplatte 20 zu erhalten, die als Frontplatte 2 oder Rückwand 3 dient.
Die Weichharzschicht 21 wird beispielsweise auf folgende Weise entfernt:

(i) Durch physikalisches Abschälen der Harzschicht 21 von der Oberfläche der Isolierplatte 20 mit Hilfe der Bürstenwaschmethode oder eines ähnlichen Verfahrens;
(ii) Auflösen und Ausspülen der Harzschicht 21 unter Verwendung eines chemischen Stoffs, zum Beispiel eines Lösungsmittels; oder
(iii) Verbrennen und Verdampfen der Harzschicht 21 mittels einer Wärmebehandlung.

Die so geformten Abstandskörper 26 haben eine Gestalt entsprechend den ausgenommenen Bereichen 23, d. h. sie haben die Form der Abstandselemente entsprechend den auf der Form 22 gebildeten Vorsprüngen 22a, wobei ihre Breite von den Fußbereichen zu den oberen Enden hin zunimmt.
(c) Brennstufe:
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die gemäß obiger Beschreibung an der Isolierplatte 20 geformten Abstandskörpers 26 gebrannt, um die Abstandselemente 5 zu erhalten, welche mit der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 fest verbunden und einstückig damit ausgebildet sind.
Bei der vorliegenden Erfindung muß das Brennen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. an offener Luft, erfolgen. Beim Durchführen des Brennens in einer solcher Atmosphäre wird ein in den geformten Abstandskörpern erhaltenes Metall (Si, Zn, Al, Sn oder Mg) teilweise oxidiert und erfährt eine Volumenausdehnung, welche das durch das Sintern des Glases in den Formkörpern verursachte Schrumpfen vermindert. Dies verhindert, daß die Abstandselemente 5 durch das Schrumpfen aufgrund des Brennens verformt werden, und es wird wirksam verhindert, daß sich die Abstandselemente 5 der Isolierplatte 20 (Frontplatte 2 oder Rückwand 3) abschälen. Da das Schrumpfen aufgrund des Brennens wirksam vermindert wird, ist weiterhin der Größenunterschied zwischen den geformten Abstandskörpern 26 und den Abstandselementen 5 gering, d. h. eine Größenänderung ist sehr gering und beträgt beispielsweise 2 % oder weniger, insbesondere 1 % oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 % oder weniger, am meisten bevorzugt 0,3 % oder weniger.
Es ist erwünscht, daß das Brennen bei einer Temperatur von 420 bis 480 °C erfolgt. Beim Durchführen des Brennens mit einer solchen Temperatur können Abstandselemente 5 aus einem dicht gesinterten Produkt mit einer relativen Dichte von mindestens 65 %, vorzugsweise von mindestens 70 %, insbesondere von mindestens 75 %, erhalten werden. Wenn die Brenntemperatur unter dem obigen Bereich liegt, wird das oben erwähnte Metall nicht wirksam oxidiert und es wird schwierig, das durch das Brennen verursachte Schrumpfen auszugleichen.
Die Abstandselemente 5 der Erfindung werden auf der Isolierplatte ausgebildet, die als Frontplatte 2 oder Rückwand 3 dient und einstückig damit hergestellt ist. Auch weisen die Abstandselemente 5 eine sehr hohe Bindungsfestigkeit gegenüber der Isolierplatte auf. Aufgrund der Anwesenheit des oben erwähnten Metalls zeigen die Abstandselemente 5 ferner eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einen Durchgangswiderstand, der innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, und es wird wirksam verhindert, daß sie elektrisch aufgeladen werden.
Es ist bevorzugt, daß die Abstandselemente 5 der Erfindung, welche wie oben beschrieben erhalten worden sind, eine Querschnittsgestalt gemäß 3a aufweisen. Das heißt, die Abstandselemente 5 haben eine Querschnittsgestalt, die im Wesentlichen gleich ist der in 2f dargestellten geformten Abstandskörper 26. Das heißt, sie haben im Querschnitt eine Trapezform und ihre Breite nimmt von den Fußbereichen der Abstandselemente 5 zu ihrem Ende (zur Seite der Isolierplatte 20) hin zu. Wie aus dem später dargestellten Beispiel 6 ersichtlich ist, weisen die Abstandselemente 5 mit einer Trapezform eine sehr hohe Festigkeit gegenüber der Belastung von der Oberseite her auf. Bei diesem Abstandselement 5 ist es weiterhin bevorzugt, daß ein Winkel θ (nachfolgend oft "Seitenoberflächenwinkel" genannt), der sich zwischen der Seitenoberfläche der Abstandselemente 5 und einer zur Oberfläche der Isolierplatte 20, an welcher die Abstandselemente 5 einstückig angeformt sind, gezogenen Senkrechten erstreckt, in einem Bereich von 0,5 bis 8 ° liegt. Bei der Erfindung wird ferner dann, wenn die Abstandselemente 5 derart ausgebildet sind, daß sie bezüglich der Oberfläche der Isolierplatte 20 (der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3), welche die Abstandselemente hält, leicht geneigt sind, die Bewegungsbahn der von dem Elektronenemissionselement emittierten Elektronen in der Nachbarschaft zu dem Abstandselement 5 nicht beeinträchtigt, vorausgesetzt, der Winkel (nachfolgend oft "Neigungswinkel" genannt) β, welcher sich von einer geraden Verbindungslinie zwischen der Fußmitte des Abstandselements 5 zur Mitte von dessen Oberende erstreckt, und einer zur Oberfläche der Isolierplatte 20 gezogenen Senkrechten erstreckt, in einem Bereich von höchstens 5° liegt, wie in 3b dargestellt ist. Das heißt, das Abstandselement mit einem trapezförmigen Querschnitt, wie in 3a dargestellt ist, behält eine hohe Festigkeit, selbst wenn es geneigt ist, wie 3b zeigt.
Die Anordnung und die Gestalt der so ausgebildeten Abstandselemente 5 ist nicht auf jene mit der Rippengestalt begrenzt, sondern kann in verschiedenen Formen, z. B. als Gitter, Stäbe und Rahmen ausgebildet sein, wie in den 4a bis 4h gezeigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, werden die Abstandselemente 5 an der Oberfläche der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 einstückig damit ausgebildet. Die Enden der Abstandselemente 5 werden mit einem Klebstoff, Z. B. einem gesinterten Glas, an der Rückwand 3 oder der Frontplatte 2 angeklebt und in ihrer Position festgehalten, um einen Bildschirm mit einem Aufbau herzustellen, der beispielsweise in 1 dargestellt ist. Das gesinterte Glas kann von der Art sein, die das oben genannte Glaspulver und das spezielle Metall enthält.
Die Frontplatte 2 erhält man durch Herstellen einer transparenten Platte unter Einsatz des oben genannten Glases oder dergleichen, Schneiden der Platte in die vorgegebene Gestalt, Ausbilden eines ITO-Films 10 und einer schwarzen Matrix 11 an einer Oberfläche hiervon und Erzeugen einer Phosphorschicht 6 auf dem von der schwarzen Matrix 11 umgebenen Bereich.
In diesem Fall kann der ITO-Film 10 mittels einer bekannten Druckmethode, z. B. mit Hilfe des Siebdruckverfahrens, des Tiefdruckverfahrens oder des Offsetdruckverfahrens, mittels eines Pastenauftragsverfahrens, z. B. eines Walzenbeschichtungsverfahrens, oder mittels eines Niederschlagsverfahrens, hergestellt werden. Die schwarze Matrix 11 kann mit einer bekannten Druckmethode, z. B. dem Fotolithografieverfahren, dem Siebdruckverfahren, dem Tiefdruckverfahren oder dem Offsetdruckverfahren erhalten werden. Die Phosphorschicht 6 kann durch Aufbringen einer Phosphorpaste mit Hilfe einer Druckmethode, z. B. durch ein Fotolithografieverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Tiefdruckverfahren oder ein Offsetdruckverfahren, oder ein Tintenspritzverfahren, und dann durch Entfernen mittels Verdampfen der organischen Komponente in der Phosphorpaste durch die Wärmebehandlung bei 400 bis 600 °C, insbesondere bei 450 bis 500 °C, entfernt werden. Wenn der ITO-Film 10 nicht gebildet werden soll, wird nach Bedarf an der Oberfläche der Phosphorschicht 6 durch Verdampfen eine Metallrückseite erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können in irgend einer Stufe die Abstandselemente 5 an der Frontplatte 2 einstückig hiermit ausgebildet werden. Beispielsweise können die Abstandselemente 5 an der Oberfläche der Frontplatte 2 in einer Stufe vor dem Ausbilden des ITO-Films 10 hergestellt werden. Es ist auch möglich, die Abstandselemente 5 auf der Oberfläche der Frontplatte 2 nach der Herstellung der schwarzen Matrix 11 und der Phosphorschicht 6 zu erzeugen. Ferner können die Abstandselemente 5 und die Phosphorschicht 6 gleichzeitig gebildet werden, und zwar durch Aufbringen der Phosphorpaste auf vorgegebene Stellen, nachdem der oben erwähnte geformte Abstandskörper 26 erzeugt worden ist, und Brennen des geformten Abstandskörpers 26 gleichzeitig mit der Wärmebehandlung zum Entfernen der Harzkomponente aus der Phosphorpaste.
Andererseits erhält man die Rückwand 3 durch Herstellen einer Platte aus dem vorgenannten Material, Schneiden der Platte in eine vorgegebene Gestalt, Ausbilden einer diffusionsverhindernden Schicht 12 an einer Oberfläche der Platte und anschließendes Herstellen der Elektronenemissionselemente 7 mit vorgegebenen Elektrodenschichten 7a, 7b und Isolierschichten 7c. Die diffusionsverhindernde Schicht 12 erhält man durch ein Zerstäubungsverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Ionenstrahlverfahren, ein Verdampfungsverfahren oder ein MBE-Verfahren. Die Elektrodenschichten 7a, 7b können durch ein Fotolithografieverfahren und die Isolierschichten 7c leicht durch ein bekanntes Dünnfilmbildungsverfahren, z. B. ein Zersträubungsverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Ionenstrahlverfahren, ein CVD-Verfahren und ein MBE-Verfahren, erhalten werden. Wenn die Abstandselemente 5 auf der Rückwand 3 einstückig damit ausgebildet werden sollen, ist es erwünscht, daß die Abstandselemente 5 nach der Ausbildung der diffusionsverhindernden Schicht 12 und den Elektronenemissionselemente 7 einstückig mit der Rückwand 3 ausgebildet werden.
Ein Rahmen 4 zum Abschließen des Inneren der Vorrichtung wird mit einem Klebstoff, z. B. einem gesinterten Glas, auf den äußeren Umfangsbereich entweder der so gebildeten Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 aufgeklebt (die Abstandselemente 5 werden auf beiden einstückig ausgebildet). Anschließend werden die Frontplatte 2 und die Rückwand 3 derart angeordnet, daß die Elektronenemissionselemente 7 und die Phosphorschicht 6 einander zugewandt sind. Dann werden die Enden der Abstandselemente 5 und das Oberende des Rahmens 4 mit dem gesinterten Glas oder dergleichen auf der Frontplatte 2 oder der Rückwand 3 festgeklebt und befestigt. Nachfolgend wird eine Gasauslaßöffnung 9, die in einem Ende der Rückwand 3 ausgebildet worden ist, mit einer externen Abführungsleitung verbunden, und die Vorrichtung wird zum Härten des Klebstoffs auf 400 bis 500 °C erhitzt, während ihr Inneres bis auf einen Druck von etwa 10^-4 Pa evakuiert wird. Schließlich wird die Gasabführungsöffnung 9 verschlossen, um den Bildschirm 1 mit einem Aufbau, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, zu erhalten.
BEISPIELE
Versuch 1:
Als keramischer Füllstoff wurde TiO₂ in einer Menge von 30 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile eines niedrigschmelzenden Glases des Typs PbO-B₂O₃-SiO₂ mit einem Verformungspunkt von 410 °C gegeben. Dann wurden Metallpulver, wie in der Tabelle 1 angegeben ist, in Verhältnissen gemäß der Tabelle 1 pro 100 Gewichtsteile des vorgenannten Glaspulvers zugefügt, und die Gemische wurden unter Verwendung einer Kugelmühle mit Zirconiumoxidkugeln in IPA (Isopropylalkohol) während 18 Stunden naß miteinander gemischt.
Zu 100 Gewichtsteilen des so erhaltenen gemischten Pulvers wurden ein Bindemittel, ein Polymerisationsinitiator und ein Dispergiermittel in einer Gesamtmenge von 42 Gewichtsteilen gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde in Diethylenglykolethylether als Lösungsmittel verknetet, um eine Paste herzustellen. Eine Form aus Siliconkautschuk wurde mit der Paste gefüllt und dann nach einem Entschäumen bis zu einem ausreichenden Grad in Kontakt mit der Oberfläche einer isolierenden Platte aus einem Borsilicatglas gebracht, um das Abdichten des Vakuums zu erreichen. Es folgte eine Wärmebehandlung bei 110 °C während 30 Minuten. Anschließend wurde die Form aus Siliconkautschuk entfernt, um einen Formkörper der Abstandselemente zu bilden.
Die erhaltenen geformten Abstandskörper wurden hinsichtlich ihrer Dicke und ihrer Höhe unter Verwendung eines Laserverschiebungsmeßgeräts (LC-2440/2400, hergestellt von Keyence Co.) vermessen, um sicher zu gehen, daß sie innerhalb der Meßgenauigkeit die gleiche Größe wie die Form aus Siliconkautschuk aufwiesen.
Die Form aus Siliconkautschuk hatte eine Tiefe der ausgenommenen Bereiche (Höhe der Abstandselemente) von 1200 µm, eine Breite der ausgenommenen Bereiche (Dicke der Abstandselemente) von 200 µm und einen Abstand zwischen den ausgenommenen Bereichen (Abstand zwischen den Abstandselementen) von 800 µm.
Ferner wurde der Formkörper in einer Sauerstoffatmosphäre (in strömendem Sauerstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 Liter/min) 15 Minuten bei 460 °C gebrannt. Dann wurden die Abstandselemente unter Verwendung des gleichen Laserverschiebungsmeßgeräts, wie es oben erwähnt ist, bezüglich ihrer Höhe vermessen, und es wurde das Verhältnis der Höhe der Abstandselemente zur Höhe des Formkörpers der Abstandselemente ((Höhe der Abstandselemente/Höhe des Formkörpers der Abstandselemente)·100 %) als Dimensionsänderung berechnet.
Eine andere flache Platte wurde auf die Enden der Abstandselemente der so erhaltenen Platte mit Abstandselementen aufgelegt und es wurde in Richtung der Höhe der Abstandselemente eine Kraft ausgeübt, um die zwei Platten zusammenzudrücken. Dies diente zum Messen der Belastung F, bei der die Abstandselemente zerbrachen. Der Druck P (F/S) für die gesamte Querschnittsfläche S der Abstandselemente wurde als die Festigkeit der Abstandselemente berechnet.
Das Aussehen der Abstandselemente wurde durch ein Stereomikroskop beobachtet, um das Auftreten des Abschälens, der Verwerfens, des Verbiegens und von Schnitten zu beurteilen. Die Abstandselemente ohne diese Erscheinungen wurden als günstig beurteilt, wie in der Tabelle 1 angegeben ist.
Die Abstandselemente wurden teilweise pulverisiert und mit Hilfe der Röntgenbeugung vermessen, um die Anwesenheit des zugegebenen Metalls zu bestätigen. Die Anwesenheit des Oxids des Metalls wurden bei allen Proben mit Ausnahme der Probe No. 1 festgestellt. Ferner wurden Bereiche der Abstandselemente hinsichtlich ihrer Volumenwiderstände (in der Tabelle als Widerstand angegeben) durch Verwenden eines Isolationstestgeräts vermessen.
Aus der obigen Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Probe Nr. 1, der das vorgegebene Metallpulver nicht zugefügt worden war, beim Brennen in großem Umfang geschrumpft und von der Isolierplatte abgeschält war.
Andererseits schrumpften die erfindungsgemäße gestellten Proben Nr. 2 bis 20 beim Brennen der Abstandselemente nur wenig und es trat kein Abschälen von der Isolierplatte auf.
Die Probe Nr. 6 wurde unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops (SEM) bezüglich ihres Querschnitts untersucht, wie in 5 dargestellt ist. Durch die EPMA-Elementaranalyse wurde bestätigt, daß Si-Teilchen (schwarze Bereiche) dispergiert worden sind.
Ferner wurden die Proben Nr. 1 und 6 der thermogravimetrischen Analyse (TG) und der Differentialthermoanalyse (DTA) an der freien Atmosphäre unterworfen. Es wurden die in den 6 und 7 dargestellten Ergebnisse erhalten. Die Probe Nr. 6, der das Metall Si zugegeben worden war, zeigte bei mindestens 450 °C eine Gewichtszunahme, vermutlich wegen der Oxidation des Metalls Si.
Versuch 2:
Die Abstandselemente wurden in der gleichen Weise wie im Versuch 1 hergestellt, jedoch unter Änderung der Gestalt, wie in der Tabelle 2 angegeben ist, und sie wurden bezüglich ihres Schrumpffaktors beim Brennen und Ihres Aussehens beurteilt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben. Die Proben Nr. 21 bis 27 wurden an der freien Luft gebrannt.
Versuch 3:
Die Abstandselemente wurden in der gleichen Weise wie im Versuch 1 hergestellt, jedoch unter Zugabe von Metallpulvern mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser gemäß Tabelle 3 und mit der Durchführung des Brennens in den Atmosphären gem Tabelle 3, um die Änderungen in der Größe und der Festigkeit zu messen. Ferner wurden die Dichten der Abstandelemente mit Hilfe der Heliumgasersatzmethode gemessen, um die relativen Dichten zu berechnen, die Verhältnisse bezüglich der theoretischen Dichten darstellen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.
Aus den Ergebnissen der Tabellen 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Probe Nr. 27, der das Metall Si nicht zugegeben worden war, sich von der Isolierplatte abschälte. Andererseits war es bei den Proben Nr. 21 bis 26 und 28 bis 38, die das Metall Si in dem gesinterten Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung enthielten, möglich, Abstandselemente herzustellen, die sich nicht verformten und nicht abschälten, und es war ferner möglich, den Abstandselementen die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit zu verleihen.
Weiterhin zeigten die Proben Nr. 35 bis 38, welche in Sauerstoff gebrannt worden sind, eine weiter verringerte Änderung in der Größe. Die Größenänderung konnte mit einer Abnahme des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des zugegebenen Metallpulvers weiter verringert werden.
Versuch 4:
Es wurden die folgenden zwei Glasarten A und B hergestellt.
Glas A: PbO-SiO₂-B₂O₃ (Erweichungspunkt 410 °C)
Glas B: Bi₂O₃-B₂O₃ (Erweichungspunkt 420 °C).
Zu 100 Gewichtsteilen einer jeden der beiden Glasarten wurden die in den Tabellen 4 und 5 angegebenen Metalle sowie ZnO oder SnO₂ mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 µm in den in den Tabellen 4 und 5 aufgeführten Verhältnissen gegeben. Die Gemische wurden in einer Kugelmühle mit Zirconiumoxidkugeln in IPA (Isopropylalkohol) naß gemischt.
Unter Verwendung der gemischten Pulver wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 die Formkörper der Abstandselemente hergestellt. Die Formkörper wurden gebrannt, um Platten mit Abstandselementen herzustellen (die Gestalten der Abstandselemente und die Brennbedingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1).
Die so erhaltenen Platten mit Abstandselementen wurden in der gleichen Weise wie im Versuch 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 angegeben.
Aus den Tabellen 4 und 5 ist ersichtlich, daß die Proben Nr. 1 und 16, denen das vorgegebene Metall nicht zugefügt worden ist, beim Brennen in hoher Maße schrumpften und sich von der Isolierplatte abschälten.
Andererseits schrumpften die Proben Nr. 2 bis 15 und 17 bis 33, denen das vorgegebene Metall sowie ZnO oder SnO₂ gemäß der Erfindung zugegeben worden waren, beim Brennen nur wenig und schälten sich nicht von der Isolierplatte ab. Außerdem konnte die Festigkeit des Abstandselements auf nicht weniger als 1 MPa, insbesondere auf nicht weniger als 1,5 MPa, vor allem auf nicht weniger als 2 MPa, erhöht werden.
Versuch 5:
Es wurde eine Form für eine flache Platte hergestellt, wobei auf der Oberfläche einer flachen Metallplatte mit den Abmessungen 50 × 50 × 5 mm 84 Höcker eines Abstandselements mit einem Mittenabstand von 600 µm ausgebildet wurden. Die Höcker hatten eine Breite von 200 µm, eine Länge von 50 mm und eine Höhe von 1000 µm. Andererseits wurde an der Oberfläche der Glasplatte aus einem Natronkalkglas eine Siliciumdioxidschicht mit einer Dicke von 2 mm und einer Abmessung von 200 × 200 mm² erzeugt.
Ferner wurde einem Paraffinwachs ein Weichmacher zugegeben, um eine Harzpaste herzustellen. Die Harzpaste wurde auf die Siliciumdioxidschicht der Glasplatte aufgebracht, wobei eine Schlitzbeschichtungsvorrichtung zur Bildung einer Weichharzschicht (Dicke 1000 µm) verwendet wurde.
Die flache Platte wurde auf die Weichharzschicht auf der Glasplatte gestoßen, um ausgenommene Bereiche zur Ausbildung von Abstandselementen, die den Höckern der Form der flachen Platte entsprachen, zu erzeugen.
Die ausgenommenen Bereiche zum Formen der Abstandselemente wurden mit einer Formpaste gefüllt, die durch Verkneten eines niedrig schmelzenden Glaspulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 µm, einem Aluminiumoxidpulver, einem Pulver aus metallischem Silicium, einem Bindemittel, einem Lösungsmittel und einem Dispergiermittel erhalten worden ist. Es folgte ein Trocknen, um die Paste zu verfestigen. Anschließend wurde die Glasplatte auf 90 °C erhitzt, um die Harzschicht ausfließen zu lassen.
Nachfolgend wurde die Glasplatte, von der die Harzschicht entfernt worden war, an der freien Luft erhitzt, um das Bindemittel zu beseitigen. Es folgte ein Brennen bei einer Temperatur von 500 °C während 10 Minuten, um auf der Oberfläche der Glasplatte damit einstückig verbundene Abstandselemente zu erhalten.
Die Gestalt der auf der Platte ausgebildeten Abstandselemente wurden unter Verwendung eines Laserverschiebungsmeßgeräts gemessen. Es ergab sich, daß die Abstandselemente mit einer Höhe hergestellt worden sind, deren Genauigkeit 1000 ± 20 µm betrug. Eine flache Platte mit den Abmessungen 50 × 50 mm wurde auf die Platte mit Abstandselementen gelegt. Es wurde eine Kraft ausgeübt, um die zwei Platten in Richtung der Höhe der Abstandselemente zusammenzudrücken und die Belastung F zu messen, bei der die Abstandselemente zerbrachen. Der Druck P (F/S) auf die Gesamtfläche S auf die Abstandselemente wurde als Festigkeit des Abstandselements berechnet. Das Ergebnis war, daß die Festigkeit des Abstandselements 20 kg/cm² betrug. Daraus ergab sich, daß dem Atmosphärendruck von 1 kg/cm², der auf die Abstandselemente einwirkte, in ausreichender Weise begegnet werden kann, wenn das Innere des FED-Bildschirms evakuiert ist.
Ferner zeigte eine Messung des Widerstands der Abstandselemente, daß in den Abstandselementen, in welchen metallisches Silicium zurückgeblieben ist, um mehr als 1 gefallen ist. Dies ermöglicht es, daß die Wahrscheinlichkeit einer elektrischen Aufladung der Oberflächen der Abstandselemente geringer wurde.
Versuch 6:
Durch Verdampfen auf der Oberfläche einer Platte aus Natronkalkglas wurde ein ITO-Film mit einer Dicke von 2 mm und einer Abmessung von 40 × 40 mm erzeugt, um eine Platte für eine Frontplatte zu erhalten.
Dann wurde unter Verwendung der im Versuch 5 hergestellten Harzpaste auf dem ITO-Film auf der Oberfläche der Platte eine Harzschicht mit einer Dicke von 1050 µm ausgebildet, um eine Frontplatte herzustellen. Die Platte wurde in eine Größe von 25 × 25 mm geschnitten.
Dann wurde eine Metallform mit quadratischer Gestalt und einer Größe von 10 mm, die Höcker (Höhe 1200 µm, Mittenabstand 700 µm) aufwies, auf die Harzschicht der Platte gestoßen, um ausgenommene Bereiche zum Formen von Abstandselementen in der Harzschicht auszubilden.
Anschließend wurden die ausgenommenen Bereiche zum Formen der Abstandselemente mit der Harzpaste gefüllt, gefolgt von einem Trocknen bis zum Verfestigen der Paste. Dann wurde die Platte auf 90 °C erhitzt, um die Harzschicht aufzulösen und dadurch einen Formkörper der Abstandselemente auf der Platte herzustellen.
Die so erhaltene Platte mit dem Formkörper der Abstandselemente wurde zum Entfernen des Bindemittels erhitzt, gefolgt von einem Brennen bei 500 °C während 10 Minuten, um eine Frontplatte herzustellen, auf der in einer einheitlichen Struktur Abstandselemente ausgebildet waren.
Somit wurden Frontplatten erhalten, die geformte Abstandselemente in einer einheitlichen Struktur aufwiesen. Die Abstandselemente hatten einen Mittenabstand von 700 µm, eine Höhe von 1200 µm, eine Breite von 80 µm an den Fußbereichen und eine Breite an den Oberenden, einen Seitenoberflächenwinkel θ und einen Neigungswinkel β gemäß den in der Tabelle 6 angegebenen Veränderungen (der Seitenoberflächenwinkel θ und der Neigungswinkel β wurden unter Einsatz eines Dreidimensionalmeßinstruments bestimmt).
In der Tabelle 6 hat das Abstandselement der Probe Nr. 7, wie in 8 dargestellt ist, einen Seitenoberflächenwinkel θ von 0° an einer Hälfte der Seitenoberfläche an der Fußseite und einen Seitenoberflächenwinkel θ von 5° an einer Hälfte der Seitenoberfläche an der Seite des Oberendes.

Der obigen Frontplatte wurde nur ein zentrales Abstandselement gelassen und alle anderen Abstandselemente wurden entfernt. Von der Oberseite her wurde das Abstandselement belastet. Die Belastung (Festigkeit des Abstandselements), bei der das Abstandselement zerbrach, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6

Probe Nr.	Breite des oberen Endbereichs (µm)	Seitenoberflächenwinkel θ (°)	Festigkeit des Abstandselements (kg)
Probe Nr.	Breite des oberen Endbereichs (µm)	Seitenoberflächenwinkel θ (°)	β = 0 °	β = 6 °	β = 8 °
1	80	0	1,2	0,26	< 0,1
2	100	0/5	1,3	0,65	0,15
3	160	2	1,1	0,82	0,31
4	240	4	1,5	1	0,65
5	420	8	¹ ^, ³	0,95	0,8
6	500	10	1,4	1,3	1,2
7	180	0/5	1,2	0,56	< 0.1

Die Breite des Abstandselements beträgt am Fuß 80 µm.
Aus den Ergebnissen der Tabelle 6 ergibt sich die Bestätigung, daß die Proben Nr. 2 bis 7, die derart geformt waren, daß die Breite der Oberenden der Abstandselemente größer war als die Breite ihrer Fußbereiche, von der Frontplatte stabil getragen werden konnten, ohne viel von der Festigkeit zu verlieren, selbst dann, wenn die Abstandselemente in einer geneigten Weise ausgebildet wurden.

Claims

Abstandselement (5) zur Anordnung zwischen einer Frontplatte (2) und einer Rückwand (3) eines Flachbildschirms, wobei die Rückwand (3) einer Rückseitenoberfläche der Frontplatte (2) zugewandt ist, zum Aufrechterhalten eines Raums für eine dazwischen auftretende elektrische Entladung, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (5) aus einem Produkt hergestellt ist, das durch Brennen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre gesintert worden ist und eine Struktur aufweist, bei der mindestens ein Metall, das aus Si, Zn, Al, Sn und Mg ausgewählt ist, in einem Glas dispergiert ist und das Metall teilweise oxidiert ist.
Abstandselement (5) nach Anspruch 1, worin das Glas PbO, SiO₂ und B₂O₃ enthält.
Abstandselement (5) nach Anspruch 1, worin das Glas Bi₂O₃ und B₂O₃ enthält.
Abstandselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das gesinterte Produkt ferner einen Füllstoff enthält.
Abstandselement (5) nach Anspruch 4, worin der Füllstoff TiO₂, ZnO oder SnO₂ ist.
Abstandselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Abstandselement (5) einen Durchgangswider stand von 1 × 10⁸ bis 1 × 10¹⁴ Ω·cm bei 25 °C aufweist.
Abstandelement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Abstandselement (5) einen durchschnittlichen Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung von 7 bis 9 ppm/°C bei 15 bis 450 °C aufweist.
Abstandselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Abstandselement (5) eine Dicke von höchstens 200 µm und eine Höhe von mindestens 500 µm aufweist.
Abstandselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Abstandselement (5) auf der Rückseitenoberfläche der Frontplatte (2) oder auf der Oberfläche der Rückwand (3) auf der Seite der Frontplatte (2) damit einstückig ausgebildet ist.
Abstandselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Breite des Abstandselements (5) an seinen Enden größer ist als die Breite an seinen Fußbereichen.
Abstandselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der Winkel zwischen den Seitenoberflächen des Abstandselements (5) und einer Senkrechten zur Rückseitenoberfläche der Frontplatte (2), wo das Abstandselement (5) angebracht ist, oder einer Senkrechten auf der Oberfläche der Rückwand (3) auf der Seite der Frontplatte (2) 0,5 bis 8° beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Abstandselements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch (a) eine Stufe des Herstellens einer Paste, die ein Glas und mindestens ein Metall enthält, das aus Si, Zn, Al, Sn und Mg ausgewählt ist, (b) eine Stufe des Ausbildens eines Formkörpers des Abstandselements auf der Oberfläche einer Frontplatte zum Anzeigen eines Bilds oder auf der Oberfläche einer Rückwand unter Einsatz der genannten Paste und (c) eine Stufe des Brennens des Formkörpers in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um einen Teil des genannten Metalls zu oxidieren.
Verfahren nach Anspruch 12, worin die Stufe (b) zusätzlich (b1) eine Stufe des Ausbildens einer Weichharzschicht auf der Oberfläche der Frontplatte oder der Rückwand, (b2) eine Stufe des Eingravierens von ausgenommenen Bereichen zum Formen von Abstandselementen in der Harzschicht auf der Oberfläche der Frontplatte oder der Rückwand, (b3) eine Stufe des Füllens der ausgenommenen Bereiche mit der genannten Paste zur Ausbildung des erwähnten Formkörpers und (b4) eine Stufe des Entfernens der Harzschicht von der Oberfläche der Frontplatte oder der Rückwand umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin das Metall in Form eines Pulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von höchstens 6 µm vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das Glas PbO, SiO₂ und B2O₃ enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das Glas Bi₂O₃ und B₂O₃ enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, worin die Paste, welche das Glas und das Metall enthält, ferner einen Füllstoff aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, worin der Füllstoff TiO₂, ZnO oder SnO₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin die Harzschicht durch eine Wärmebehandlung oder eine Behandlung mit chemischen Stoffen in der Stufe (b4) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, worin das Metall in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Glases verwendet wird.
Bildschirmvorrichtung (1), gekennzeichnet durch eine Frontplatte (2) zum Anzeigen eines Bilds, mit einer auf der Rückseitenoberfläche der Frontplatte ausgebildeten Phosphorschicht (6), eine Rückwand (3), die der Rückseitenoberfläche der Frontplatte (2) zugewandt ist, und Elektronenemissionselemente (7) auf der Oberfläche hiervon auf der Seite der Frontplatte (2) sowie Abstandselemente (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, die zwischen der Frontplatte (2) und der Rückwand (3) vorgesehen sind, um dazwischen für elektrische Entladungen einen Raum aufrechtzuerhalten.
Bildschirmvorrichtung nach Anspruch 21, worin die Abstandselemente (5) unter Aufrechterhaltung eines geeigneten Zwischenraums in mehrfacher Anzahl ausgebildet sind.
Bildschirmvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, worin die Abstandselemente (5) an der Rückseitenoberfläche der Frontplatte (2) einstückig damit ausgebildet sind und die Breite der Abstandselemente (5) an ihren Enden größer ist als an ihren Fußbereichen.