JP2006073511A - 支持構造、及びその製造方法とこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐破壊強度に優れ、表面に帯電防止のための複数本の溝を有する支持構造を簡易な方法で提供する。
【解決手段】 表面に複数本の溝を有するガラス母材を、該溝に平行な方向に加熱延伸し、得られたガラス基板にレーザー光を照射し、照射領域が溶融した状態で該照射領域を中心に、ガラス基板の一方を引っ張ることにより、固定側のガラス基板の切断面において溝が端部まで達せず、良好なＲ形状を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子放出素子を用いてなる平面型の表示装置において、真空容器の耐大気圧手段として用いられる支持構造とその製造方法に関し、さらには、該支持構造を用いてなる表示装置に関する。

一般に、電子放出素子を複数個備えた電子源基板である第１の基板と、表示面である第２の基板を間隔をあけて対向配置した表示装置では、必要な耐大気圧性を得るために、第１の基板と第２の基板との間に絶縁材料で構成された支持構造（スペーサー）を挟み込んでいる。

この支持構造の製造方法としては、ガラス母材を加熱延伸し、ダイアモンドカッターや、レーザー光の照射によって、所定の長さに切断する方法が知られている（特許文献２）。また、支持構造の表面には、複数の溝を設けることによって、支持構造の帯電を防止できることが知られている。このように、表面に複数の溝を有する支持構造の製造方法としても、ガラス母材を加熱延伸し、ダイアモンドカッターや、レーザー光の照射によって、所定の長さに切断する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし切断工程で切断面に発生する微小な突起や欠けに応力が集中して支持構造が座屈破壊を生じたり、また、該突起や欠けへの電界集中によって沿面放電が発生しやすいという問題があった。

そこで特許文献２には、切断後の支持構造に加熱処理やケミカルエッチング処理を施すことによって、切断面の平滑化処理を行い、当該支持構造の座屈破壊及び沿面放電の防止を図った製造方法も開示されている。

特開２００３−２２９０５６号公報 特開２０００−２５１７０５号公報

しかしながら、表面に溝を形成することにより帯電防止を図った支持構造を製造する場合、特許文献２に開示された製造方法では、焼き鈍しやケミカルエッチングによって溝の形状（深さや角度、稜部の形状）が変化してしまい、所望の帯電防止を図ることができない。

本発明は、上記問題点を解決し、耐破壊強度が高く、且つ、表面に所望の溝を備えて帯電防止を図った支持構造を、煩雑な工程を付加することなく提供し、該支持構造を用いて信頼性の高い表示装置を構成することにある。

本発明の第一は、
板状の基材の表面に、該基材の長手方向に対して平行な複数の溝を有し、該基材の、該長手方向に対して平行な端部において、表示装置の構成部材を支持する支持構造であって、前記溝の端部は、前記基材の短手方向に対して平行な端部から離れていることを特徴とする。

本発明の第二は、
板状の基材の表面に、該基材の長手方向に対して平行な複数の溝を有し、該基材の、該長手方向に対して平行な端部において、表示装置の構成部材を支持する支持構造であって、前記基材の短手方向に対して平行な端部に、該基材の厚さよりも大きい径の曲率部分を有することを特徴とする。

本発明の第三は、
表面に複数本の溝を有する板状の支持構造の製造方法であって、
表面に複数本の溝を有する板状のガラス母材を、該溝に平行な方向に加熱延伸する工程と、
延伸後のガラス基材に、該ガラス基材の溝を有する面に対して直交する方向からレーザー光を照射して該ガラス基材を切断する工程とを有し、
該ガラス基材を切断する工程は、該ガラス基材の該レーザー光の照射領域を溶融させた状態で、該照射領域を境にして、該ガラス基材の一方を引っ張ることにより該照射領域において該ガラス基材を切断することを特徴とする。

本発明の第四は、
電子放出素子を有する第一の基板と、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と電極とを備えた第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に位置して両基板を支持し、表面に前記第一の基板又は第二の基板に対して平行な複数の溝を有する板状の支持構造とを備えた表示装置であって、前記溝の端部は、前記支持構造の前記第一の基板または第二の基板に対面しない端部から離れていることを特徴とする。

本発明の第五は、
電子放出素子を有する第一の基板と、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と電極とを備えた第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に位置して両基板を支持し、表面に前記第一の基板又は第二の基板に対して平行な複数の溝を有する板状の支持構造とを備えた表示装置であって、前記支持構造の前記第一の基板または第二の基板に対面しない端部に、該支持構造の厚さよりも大きい径の曲率部分を有することを特徴とする。

本発明の支持構造は、表面に溝を有していることから帯電性が制御されており、さらに、該溝が端部にまで達していないため、該溝の凹凸による応力集中が緩和され、圧縮強度と曲げ強度に優れている。

また本発明の支持構造は、表面に溝を有していることから帯電性が制御されており、且つ、端部において当該支持構造の厚さよりも大きな径の曲率部を持つことから該曲率部が支持構造の補強部材として働き、圧縮強度と曲げ強度に優れている。

また本発明の製造方法によれば、煩雑な工程を加えることなく、所望の形状の溝を備えた支持構造を製造することができる。

本発明の表示装置においては、本発明の支持構造を用いていることから、放出された電子による支持構造の帯電が良好に制御され、且つ、該支持構造自体の強度にも優れているため、高画質表示で高い信頼性が得られる。

よって、本発明によれば、製造コストの大幅な上昇を招くことなく、従来よりも強度に優れた支持構造を提供することができる。また該支持構造を用いて高画質表示で信頼性の高い表示装置が提供される。

以下、本発明の支持構造、該支持構造を用いた表示装置、該支持構造の製造方法について、好ましい実施形態を挙げて説明する。

図８は、本発明の表示装置の好ましい実施形態の表示パネルの構成を示す斜視図であり、一部の構成を切り欠いて示す図である。

図８に示されるように、本例の表示パネルは、第一の基板であるリアプレート８１と、第二の基板であるフェースプレート８２とを間隔をあけて対向させ、両者間に平板状の支持構造（以下スペーサーという場合もある）８３を挟み込むと共に、周囲を側壁８４で封止し、内部を真空雰囲気としたものとなっている。

リアプレート８１上には、行方向配線８５、列方向配線８６、層間絶縁層（不図示）及び電子放出素子８８を形成した電子源基板８９が固定されている。

図示される電子放出素子８８は、一対の素子電極間に電子放出部を有する導電性膜が接続された表面伝導型電子放出素子である。本例は、この表面伝導型の電子放出素子８８をＮ×Ｍ個配置し、それぞれ等間隔で形成したＭ本の行方向配線８５とＮ本の列方向配線８６でマトリクス配線したマルチ電子ビーム源を有するものとなっている。また、本例においては、行方向配線８５が層間絶縁層（不図示）を介して列方向配線８６上に位置している。そして行方向配線８５には引出端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍを介して走査信号が印加され、列方向配線８６には引出端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを介して変調信号（画像信号）が印加されるものとなっている。

フェースプレート８２の下面（リアプレート８１との対向面）には、発光部材として蛍光膜９０が形成され、さらに、該蛍光膜９０の表面には、導電性部材であるメタルバック（加速電極）９１が設けられている。このメタルバック９１は、電子放出素子８８から放出される電子を加速させるためのもので、高圧端子Ｈｖから高電圧が印加され、前記行方向配線８５に比して高電位に規定されるものとなっている。

行方向配線８５上には、行方向配線８５と平行に、平板状のスペーサー８３が取り付けられている。このスペーサー８３は、両端にスペーサー固定ブロック９２が取り付けられ、行方向配線８５上に乗せられた状態で、電子源基板８９に固定されている。スペーサー固定ブロック９２を用いてスペーサー８３を固定することによって、電子の運動エネルギーが小さく、電子軌道が電場の影響を受けやすい電子放出素子８８近傍の電場の乱れを小さくすることができる。

また、図９に図８のスペーサーのみを示す。図９において、１００がスペーサーのフェースプレート、またはリアプレートに対面する端部、１０１がスペーサーのフェースプレート、またはリアプレートに対面しない端部である。また、別の表現では、１００はスペーサーの長手方向に対して平行な端部、１０１は、スペーサーの短手方向に対して平行な端部である。また、１０２がスペーサーの長手方向（図８のＸ方向）、１０３がスペーサの短手方向（図８のＺ方向）である。

スペーサー８３は、電子源基板８９を有するリアプレート８１と、蛍光膜９０及びメタルバック９１が設けられたフェースプレート８２との間に挟み込まれ、上下面がメタルバック９１と行方向配線８５にそれぞれ圧接されている。スペーサー８３は、表示パネルに耐大気圧性を持たせるために、通常、等間隔で複数設けられる。また、リアプレート８１とフェースプレート８２の周縁部には、側壁８４が挟み込まれており、リアプレート８１と側壁８４の接合部及びフェースプレート８２と側壁８４の接合部は、それぞれフリットガラスなどによって封止されている。

図１に、本発明第一の支持構造、即ち図８におけるスペーサー３の好ましい実施形態を示す。図１（ａ）は側面図（図８において、スペーサをＹ方向から見た図であり、Ｘ−Ｚ平面図である。）、（ｂ）は上面図（図８において、スペーサをＺ方向から見た図であり、Ｘ−Ｙ平面図である。尚、本図は、スペーサのフェースプレート８２に対面し、当接する端面を表す。）である。尚、後述の図２、３、４、５も図１と同様の方向から見た図である。

図１に示すように、本発明の支持構造は平板状であり、表面には第一及び第二の基板に平行な複数本の溝１を有しており、該溝１が端部にまで達していないことが本発明の特徴である。換言すると、溝１の端部は、支持構造のリアプレートまたはフェースプレートに対面しない端部から離れている。このように、溝１が端部にまで達していないことにより、耐破壊強度において十分な強度を確保することができる。溝１のない領域の長さ（ｔ）は、支持構造の厚さ（Ｔ）と同等以上であることが好ましい。その理由は、後述する本発明の製造方法によれば、延伸したガラス基板の切断工程において、溝１のない領域の長さ（ｔ）と基板に直交する端部の形状に相関関係ができるためである。

図１（ｂ）に示すように、端部の形状が、厚さ（Ｔ）の範囲内では緩やかなＲ形状（Ｒ_T1）を形成していることが望ましい。その際、少なくともＲ_T1が外側に凸のＲ形状であれば、本例の支持構造を用いて表示パネルを組み立てる際のいわゆるハンドリング時において、該端部を他の部材と接触させた際に該端部が欠ける恐れが少なくなる。

一方、切断工程における条件によっては、図２に示すように、溝１のない領域の長さ（ｔ）が支持構造の厚さ（Ｔ）を下回ることもあり、その場合には、端部に外側に向かって凹のＲ形状（Ｒ_T2）ができてしまう。このような形状の場合、耐破壊強度においては溝１が端部にまで達していないので問題ないが、支持構造の取り扱いに注意が必要である。なぜなら、端部が反対向きの曲率形状を持つ、即ち尖った形状であるために、このような支持構造を用いて表示パネルを組み立てる際のハンドリング時において、該端部を他の部材と接触させた際に該端部が欠ける恐れがあり、ハンドリングに注意が必要である。

また、高さ（Ｈ）方向（図８のＺ方向）に存在するＲ形状（図１におけるＲ_H1、図２におけるＲ_H2）に関しても、できるだけ緩やかな曲率形状である方が望ましい。図１のＲ_H1と図２のＲ_H2を比較すると、図２のように、端部形状が逆向きの曲率（Ｒ_T2）になった場合のＲ_H2は、明らかに図１のＲ_H1よりも曲率が小さく、尖り気味の形状になる。即ち、図２の端部はハンドリング時に欠けやすい形状となる。

図３は、従来の例えばガラススクライバーなどに用いられるダイヤモンドカッターで延伸したガラス基板を切断して製造した支持構造である。このように、短手方向に対して平行な端部（切断部）の形状は非常に鋭利で、溝１の稜線がはっきりと切断面の稜線まで到達している。また、このような支持構造では、切断面の稜線に微小なクラック（欠けや傷）が少なからず存在し、応力集中の要因となり、耐破壊強度の点で不利である。また、ハンドリング時においても欠けの発生の原因となりやすい。

図４に、本発明第二の支持構造の好ましい実施形態を示す。本例は、短手方向に対して平行な端部において、支持構造の厚さ（Ｔ）よりも大きい径の曲率部（Ｒ_T4）を形成することにより、当該曲率部が端部の補強部材として働き、耐破壊強度が向上する。本例の場合、溝１が短手方向に対して平行な端部にまで達していても構わないが、後述する本発明の製造方法で製造した場合には、実質的に溝１は短手方向に対して平行な端部にまで達しない。また、意図的に溝１が短手方向に対して平行な端部にまで達しないように、特に、溝１のない領域の長さ（ｔ）が支持構造の厚さ（Ｔ）より大であれば、図１の支持構造よりもさらに耐破壊強度が向上するため、望ましい。また、高さ（Ｈ）方向のＲ形状（Ｒ_H4）も図１の支持構造よりも大きくなる傾向にあり、好ましい。

尚、本発明の支持構造を、図８に示したような表示装置に組み込む場合には、溝のない領域をスペーサー固定ブロック９２により固定し、表示領域には影響を及ぼさないように配置される。

次に、本発明の支持構造の製造方法について説明する。本発明の支持構造は、平板状で表面に平行な複数本（支持構造の溝と同数）の溝を有するガラス母材を、該溝に平行な方向に加熱延伸し、得られたガラス基板を所定の長さに切断して得られる。本発明の製造方法においては、上記切断工程において、ガラス基板の溝に直交する方向からレーザー光を照射し、照射領域を溶融させた状態でガラス基板の一方を引っ張ることにより切断することを特徴とする。即ち、本発明の製造方法においては、光の指向性の高いレーザーを用いてガラス基板を局所的に加熱することにより、照射領域のみガラス基板を溶融させて溝を埋めるとともに、照射領域以外は溝の形状を保持して切断することができる。また、照射条件やガラス基板を引っ張る際の条件を調節することにより、図１，図４に示したような端部（短手方向に対して平行な端部）形状を容易に形成することができる。

本発明で用いられるレーザー光の波長は、切断対象であるガラス基板がレーザー光を効率よく吸収することができればいかなる範囲であっても良い。例えば波長が１０．６μｍのＣＯ₂（炭酸ガス）レーザーや、波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザーが挙げられるが、特にＣＯ₂レーザーはガラスへの吸収率が高く、好ましい。

また、レーザー光の出力と周波数はガラス基板の形態（材質、厚さ、幅）などに応じて選定する必要がある。レーザー光のパワーが大きすぎると、照射領域の温度上昇が速すぎて切断部にクラックが入ったり、ガラス基板が燃焼・蒸発・飛散などを引き起こし、周辺を汚したりすることがある。このような不都合を避けるために発振周波数を小さくすると、照射領域の時間的な（断続的な）温度変化が大きくなり、クラックが発生することがある。従って、レーザー光の周波数はできるだけ高く設定し、小刻みに照射することで時間的な温度変動を緩やかにする。またパワーは、後述するようにガラス基板を切断することができる範囲で設定する。

本発明の如く、加熱延伸したガラス基板にレーザー光を照射する場合、不要な溶融物の発生や、発塵や飛散のない状態で切断するには、延伸方向に対してできるだけ狭い領域に、且つ、高さ（Ｈ）方向に対してはできるだけ均一なレーザー光を照射する必要がある。

具体的には、レーザー光を数μｍから数１０μｍ程度のスポット状に集光して、高さ方向にスキャンさせる方法や、照射領域をマスクを介して成形するなどの方法が考えられる。しかし前者の場合は、スポット光がスキャンすることによって、切断部の時間的な温度変化が大きく、ガラス基板にクラックが入ることが多い。また、それを避けるためにスキャン速度を上げることも考えられるが、メカニカルにミラーを振ってスキャンさせる方式では、スキャン速度に限界がある。また、後者の場合は、ＣＯ₂やＹＡＧレーザー光の波長が長く、マスキングに対するパターン精度が良くない（パターンの境界がぼける）ことと、マスクの摩耗が激しい（効率よくレーザー光を反射または吸収できるマスク材料が少ない）ことから、最適とは言い難い。

最も好ましい方式を図５に示す。図中、１１は延伸したガラス基板、１２はレーザー光の照射パターンである。図５に示すように、レーザー光そのものを細長いパターン１２状にシリンドリカルレンズを介して集光させ、照射パターン１２の長手方向（Ｗ）が支持構造の高さ（Ｈ）方向となるように照射する。さらには、ガラス基板１１の両面から同時に照射することによって、ガラス基板１１の厚さ（Ｔ）方向に対して、より高効率に加熱することが可能となる。この場合、両面の照射パターン１２の十分な位置合わせが必要である。

図５に示したようにレーザー光を照射して、ガラス基板１１の照射領域が溶融した状態で、図６に示すようにレーザー光の照射パターン１２を中心（境）に、一方１３を固定し、他方１４を引っ張ることによって、図７に示すような切断形状を得ることができる。そして、固定した一方を製品とし、引っ張った他方１４は廃棄する。

レーザー光は、ガラス基板１１を溶融させた後、他方１４を引っ張った際に溶融物がガラス基板の他方１４につられて移動している間は照射し続けておくことが望ましい。溶融物が引っ張られている途中でレーザー光照射を止めると、溶融物の温度が急激に低下（放熱）するため、引っ張られている（糸をひいている）状態のまま固化してしまい、一方１３の端部を所望の形状に仕上げることができない。図２に示した逆曲率形状は、これに似た状態で切断した場合を示す。

また、レーザー光の照射時間を長く設定し、溶融温度を高める（溶融面積も時間と共に広がる）ことで、溶融部の体積を増やせる。これによって他方１４を引っ張った際に溶融物が一方１３に残留するようにして、図４に示すような曲率部の径の大きな切断部を得ることができる。

（実施例１）
加熱延伸加工により得られたガラス基板（材質：無アルカリガラス、高さ（Ｈ）：１．６ｍｍ、厚さ（Ｔ）：０．１９５ｍｍ、溝深さ：８μｍ、溝数：４０本、溝幅：１５μｍ、溝ピッチ：３０μｍ）に対して、長手方向（Ｗ）：６ｍｍ、幅（Ｌ）：１．５ｍｍのレーザー照射パターンを図５に示すように、両側から３秒間照射した。

レーザー発振器は、１０Ｗ出力のＣＯ₂レーザー（シンラッド社：型式４８−１Ｗ）を用いた。２ｍｍφのレーザー光をビームエキスパンダで６ｍｍφに拡大し、ガラス基板の両面に照射するために光路をビームスプリッタで２分岐し、各光路がガラス基板を挟んで対向するように配置した。そしてガラス基板の手前で焦点距離２．５インチのシリンドリカルレンズで集光することにより、前述の寸法の照射パターンをガラス基板の両面に照射した。

レーザー出力条件は、周波数：５ｋＨｚ、パワー：７．０Ｗ（パルスのデューティ：３０％で設定）とした。また、引っ張りに関する条件は、レーザー照射開始から２．０秒後に引っ張りを開始し、引っ張り速度は７ｍｍ／ｓｅｃとした。引っ張る距離は１０ｍｍとした。

これらの条件によりガラス基板を切断した結果、切断部は、図１に示す形状で、溝のない領域の長さ（ｔ）が０．２ｍｍ、Ｒ_T1は外側に凸の滑らかなＲ形状であった。

本例で切断して得られた支持構造と従来の切断方法を用いて得られた支持構造について、それぞれ３２個の座屈試験を行い、耐破壊強度の検証を行った。その結果を表１に示す。表中の「ダイサー」とは、ガラスやシリコンウエハーなどをダイヤモンド砥石などの工具を用いて切断する従来の方式によりガラス基板を切断して得た支持構造である。この支持構造の切断面の形状は図３に示したものに近いが、切断面全体が摺り面であるため、微小なクラックが無数に存在する。

座屈試験方法は、島津製作所製の引張圧縮試験機ＡＧＳ−２０ＫＮＧを用い、０．０５ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮した。試験片を圧縮する圧子はガラスブロックを用いた。尚、座屈試験に用いたスペーサの長さは、４０ｍｍとした。

表１より明らかなように、本発明の支持構造は、従来の製造方法で製造した支持構造よりも１．５倍近く座屈強度が高く、耐破壊強度に優れていることがわかる。

（実施例２）
レーザー光のパワーを５．２Ｗとする以外は実施例１と同様にしてガラス基板を切断した。その結果、切断部は図２に示すように、Ｒ_T2は逆向きの曲率形状となった。

（実施例３）
レーザー光のパワーを８．６Ｗとした以外は実施例１と同様にしてガラス基板を切断した。その結果、切断部の形状が、厚さ０．１９５ｍｍに対してＲ_T4の径が０．２２ｍｍと厚さよりも大きい曲率形状となった。

本発明の支持構造の好ましい実施形態を示す図である。 本発明の支持構造の他の実施形態を示す図である。 従来の支持構造の一例を示す図である。 本発明の支持構造の好ましい他の実施形態を示す図である。 本発明の製造方法におけるレーザー光の照射パターンを示す図である。 本発明の製造方法における切断工程を示す図である。 本発明の製造方法における切断後のガラス基板の切断部を示す図である。 本発明の表示装置の表示パネルの構成を示す図である。 図８の支持構造（スペーサー）の部分拡大図である。

符号の説明

１ 溝
１１ ガラス基板
１２ レーザー光照射パターン
１３ ガラス基板の一方（固定側）
１４ ガラス基板の他方（引っ張り側）
８１ リアプレート
８２ フェースプレート
８３ スペーサー（支持構造）
８４ 側壁
８５ 行方向配線
８６ 列方向配線
８８ 電子放出素子
８９ 電子源基板
９０ 蛍光膜
９１ メタルバック
９２ スペーサー固定ブロック
１００ フェースプレートまたはリアプレートに対面する端部
１０１ フェースプレートまたはリアプレートに対面しない端部
１０２ 長手方向
１０３ 短手方向

Claims (6)

1. 電子放出素子を有する第一の基板と、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と電極とを備えた第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に位置して両基板を支持し、表面に前記第一の基板又は第二の基板に対して平行な複数の溝を有する板状の支持構造とを備えた表示装置であって、前記溝の端部は、前記支持構造の前記第一の基板または第二の基板に対面しない端部から離れていることを特徴とする表示装置。
2. 電子放出素子を有する第一の基板と、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と電極とを備えた第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板間に位置して両基板を支持し、表面に前記第一の基板又は第二の基板に対して平行な複数の溝を有する板状の支持構造とを備えた表示装置であって、前記支持構造の前記第一の基板または第二の基板に対面しない端部に、該支持構造の厚さよりも大きい径の曲率部分を有することを特徴とする表示装置。
3. 板状の基材の表面に、該基材の長手方向に対して平行な複数の溝を有し、該基材の、該長手方向に対して平行な端部において、表示装置の構成部材を支持する支持構造であって、前記溝の端部は、前記基材の短手方向に対して平行な端部から離れていることを特徴とする支持構造。
4. 前記基材の短手方向に対して平行な端部に、該基材の厚さよりも大きい径の曲率部分を有することを特徴とする請求項３に記載の支持構造。
5. 板状の基材の表面に、該基材の長手方向に対して平行な複数の溝を有し、該基材の、該長手方向に対して平行な端部において、表示装置の構成部材を支持する支持構造であって、前記基材の短手方向に対して平行な端部に、該基材の厚さよりも大きい径の曲率部分を有することを特徴とする支持構造。
6. 表面に複数本の溝を有する板状の支持構造の製造方法であって、
   表面に複数本の溝を有する板状のガラス母材を、該溝に平行な方向に加熱延伸する工程と、
   延伸後のガラス基材に、該ガラス基材の溝を有する面に対して直交する方向からレーザー光を照射して該ガラス基材を切断する工程とを有し、
   該ガラス基材を切断する工程は、該ガラス基材の該レーザー光の照射領域を溶融させた状態で、該照射領域を境にして、該ガラス基材の一方を引っ張ることにより該照射領域において該ガラス基材を切断することを特徴とする支持構造の製造方法。

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